JAVA实现大文件多线程下载

《面试篇》Http协议 中，我们有提到大文件下载和断点续传，本篇我们就来开发一个多线程文件下载器，最后我们用这个多线程下载器来突破下载的限速。

兄弟们看到这个标题可能会觉得是个标题党，为了解决疑虑，我们先来看下最终的测试结果：

测试云盘下载的文件 46M，自己本地最大下载速度 2M

1. 单线程下载，总耗时: 603s

2. 多线程下载，50个线程，总耗时：13s

测试结果，「提速46倍」，我还是太谦虚了，只说提速30倍，此处我们觉得应该有掌声（我听不到，还是点赞实在）

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源码地址：https://gitee.com/silently9527/fast-download

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HTTP协议Range请求头

Range主要是针对只需要获取部分资源的范围请求，通过指定Range即可告知服务器资源的指定范围。格式: Range: bytes=start-end

比如：获取字节范围 5001-10000

Range: bytes=5001-10000

也可以指定开始位置不指定结束位置，表示获取开始位置之后的全部数据

Range: bytes=5001-

服务器接收到带有Range的请求，会在处理请求之后返回状态码为206 Partial Content的响应。

基于Range的特性，我们就可以实现文件的多线程下载，文件的断点续传

准备工作

本文我们使用的SpringMVC中的RestTemplate；由于云盘的链接是Https，所以我们需要设置RestTemplate绕过证书验证

1. pom.xml

pom.xml

1. 编写RestTemplate的构造器，以及绕过https的证书验证

RestTemplateBuilder

1. 在下载的过程中，我们需要知道当前下载的速度是多少，所以需要定义一个显示下载速度的接口

DisplayDownloadSpeed

因为计算下载速度，我们需要知道每秒传输的字节数是多少，为了监控传输数据的过程，我们需要了解SpringMVC中的接口ResponseExtractor

ResponseExtractor

该接口只有一个方法，当客户端和服务器端连接建立之后，会调用这个方法，我们可以在这个方法中监控下载的速度。

1. DisplayDownloadSpeed接口的抽象实现 AbstractDisplayDownloadSpeedResponseExtractor

AbstractDisplayDownloadSpeedResponseExtractor

1. 整个项目主要涉及到的类图

简单的文件下载器

这里使用的是restTemplate调用execute, 先文件获取到字节数组, 再将字节数组直接写到目标文件。

这里我们需要注意的点是: 这种方式会将文件的字节数组全部放入内存中, 及其消耗资源；我们来看看如何实现。

1. 创建ByteArrayResponseExtractor类继承AbstractDisplayDownloadSpeedResponseExtractor

ByteArrayResponseExtractor

1. 调用restTemplate.execute执行下载，保存字节数据到文件中

1. 测试下载819M的idea

执行一段时间之后，我们可以看到内存已经使用了800M左右，所以这种方式只能使用于小文件的下载，如果我们下载几G的大文件，内存肯定是不够用的。至于下载时间，因为文件太大也没有等下载完成就结束了程序。

单线程大文件下载

上面的方式只能下载小的文件，那大文件的下载我们该用什么方式呢？我们可以把流输出到文件而不是内存中。接下来我们来实现我们大文件的下载。

1. 创建FileResponseExtractor类继承AbstractDisplayDownloadSpeedResponseExtractor，把流输出到文件中

1. 文件下载器，先把流输出到临时下载文件（xxxxx.download），下载完成后在重命名文件

1. 测试下载819M的idea

执行一段时间之后，我们再看看下内存的使用情况，发现这种方式内存消耗较少，效果比较理想，下载时间：199s

多线程文件下载

如果服务器不限速的话，通常能够把自己本地的带宽给跑满，那么使用单线程下载就够了，但是如果遇到服务器限速，下载速度远小于自己本地的带宽，那么可以考虑使用多线程下载。多线程我们使用CompletableFuture（可以参考之前的文章 《CompletableFuture让你的代码免受阻塞之苦》）。

实现多线程文件下载的基本流程：

1. 首先我们通过Http协议的Head方法获取到文件的总大小
2. 然后根据设置的线程数均分文件的大小，计算每个线程的下载的字节数据开始位置和结束位置
3. 开启线程，设置HTTP请求头Range信息，开始下载数据到临时文件
4. 下载完成后把每个线程下载完成的临时文件合并成一个文件

完成代码如下：

1. 开启30个线程测试下载819M的idea

从执行的结果上来看，因为开启了30个线程同时在下载，内存的占用要比单线程消耗的多，但是也在接受范围内，下载时间：81s，速度提升2.5倍，这是因为idea的下载服务器没有限速，本次多线程速度的提升仅仅是在充分的压榨本地的带宽，所以提示的幅度不大。

单线程下载和对线程下载对比测试

因为云盘对单个线程的下载速度做了限制，大概是在100kb，所以我们使用云盘的下载链接，来测试多线程和单线程的下载速度。

1. 测试云盘中 46M 的文件的下载速度，自己本地最大下载速度 2M

2. 获取文件的下载地址

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注意：从浏览器中获取的链接需要先使用URLDecode解码，否则下载会失败，并且云盘文件的下载链接是有时效性的，过期后就不能在下载，需要重新生成下载链接

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测试单线程下载文件

执行的结果可以看出，云盘对单线程的下载限速真的是丧心病狂， 46M的文件下载需要耗时：600s

测试多线程下载文件

为了充分的压榨网速，找出最合适的线程数，所以测试了不同线程数的下载速度

从测试的结果上来看，对于自己的运行环境把线程数设置在30个左右比较合适