一个Demo搞定前后端大文件分片上传、断点续传、秒传

赵侠客2023-08-13 11:48

前言

文件上传在项目开发中再常见不过了，大多项目都会涉及到图片、音频、视频、文件的上传，通常简单的一个Form表单就可以上传小文件了，但是遇到大文件时比如1GB以上，或者用户网络比较慢时，简单的文件上传就不能适用了，用户辛苦传了好几十分钟，到最后发现上传失败，这样的系统用户体验是非常差的。或者用户上传到一半时，把应用退出了，下次进来再次上传，如果让他从头开始传也是不合理的。本文主要通过一个Demo从前端、后端用实战代码演示小文件上传、大文件分片上传、断点续传、秒传的开发原理。

小文件上传

小文件小传非常的简单，本项目后端我们使用SrpingBoot 3.1.2 + JDK17，前端我们使用原生的JavaScript+spark-md5.min.js实现。

后端代码

POM.xml使用springboot3.1.2JAVA版本使用JDK17

js 复制代码 
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>3.1.2</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>com.example</groupId>
    <artifactId>uploadDemo</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>uploadDemo</name>
    <description>uploadDemo</description>
    <properties>
        <java.version>17</java.version>
    </properties>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
    </dependencies>
    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

JAVA接文件接口：

java 复制代码 
@RestController
public class UploadController {

    public static final String UPLOAD_PATH = "D:\\upload\\";

    @RequestMapping("/upload")
    public ResponseEntity<Map<String, String>> upload(@RequestParam MultipartFile file) throws IOException {
        File dstFile = new File(UPLOAD_PATH, String.format("%s.%s", UUID.randomUUID(), StringUtils.getFilename(file.getOriginalFilename())));
        file.transferTo(dstFile);
        return ResponseEntity.ok(Map.of("path", dstFile.getAbsolutePath()));
    }

}

前端代码

html 复制代码 
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>upload</title>
</head>
<body>
upload

<form enctype="multipart/form-data">
    <input type="file" name="fileInput" id="fileInput">
    <input type="button" value="上传" onclick="uploadFile()">
</form>

上传结果
<span id="uploadResult"></span>

<script>
    var  uploadResult=document.getElementById("uploadResult")
    function uploadFile() {
        var fileInput = document.getElementById('fileInput');
        var file = fileInput.files[0];
        if (!file) return; // 没有选择文件

        var xhr = new XMLHttpRequest();
        // 处理上传进度
        xhr.upload.onprogress = function(event) {
            var percent = 100 * event.loaded / event.total;
            uploadResult.innerHTML='上传进度：' + percent + '%';
        };
        // 当上传完成时调用
        xhr.onload = function() {
            if (xhr.status === 200) {
                uploadResult.innerHTML='上传成功'+ xhr.responseText;
            }
        }
        xhr.onerror = function() {
            uploadResult.innerHTML='上传失败';
        }
        // 发送请求
        xhr.open('POST', '/upload', true);
        var formData = new FormData();
        formData.append('file', file);
        xhr.send(formData);
    }
</script>

</body>
</html>

注意事项

在上传过程会报文件大小限制错误，主要有三个参数需要设置：

java 复制代码 
org.apache.tomcat.util.http.fileupload.impl.SizeLimitExceededException: the request was rejected because its size (46302921) exceeds the configured maximum (10485760)

这里需在springboot的application.properties 或者application.yml中添加max-file-size和max-request-size配置项，默认大小分别是1M和10M，肯定不能满足我们上传需求的。

java 复制代码 
spring.servlet.multipart.max-file-size=1024MB  
spring.servlet.multipart.max-request-size=1024MB

如果使用nginx报 413状态码413 Request Entity Too Large，Nginx默认最大上传1MB文件，需要在nginx.conf配置文件中的 http{ }添加配置项：client_max_body_size 1024m。

大文件分片上传

前端

前端上传流程

大文件分片上传前端主要有三步：

graph TD 计算文件MD5 --> 将文件分成若干片上传 --> 调用后端接口校验文件MD5是否一样

前端上传代码计算文件MD5值用了spark-md5这个库，使用也是比较简单的。这里为什么要计算MD5简单说一下，因为文件在传输写入过程中可能会出现错误，导致最终合成的文件可能和原文件不一样，所以要对比一下前端计算的MD5和后端计算的MD5是不是一样，保证上传数据的一致性。

html 复制代码 
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>分片上传</title>
    <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/spark-md5/3.0.2/spark-md5.min.js"></script>
</head>
<body>
分片上传

<form enctype="multipart/form-data">
    <input type="file" name="fileInput" id="fileInput">
    <input type="button" value="计算文件MD5" onclick="calculateFileMD5()">
    <input type="button" value="上传" onclick="uploadFile()">
    <input type="button" value="检测文件完整性" onclick="checkFile()">
</form>

<p>
    文件MD5:
    <span id="fileMd5"></span>
</p>
<p>
    上传结果:
    <span id="uploadResult"></span>
</p>
<p>
    检测文件完整性:
    <span id="checkFileRes"></span>
</p>


<script>
    //每片的大小
    var chunkSize = 1 * 1024 * 1024;
    var uploadResult = document.getElementById("uploadResult")
    var fileMd5Span = document.getElementById("fileMd5")
    var checkFileRes = document.getElementById("checkFileRes")
    var  fileMd5;


    function  calculateFileMD5(){
        var fileInput = document.getElementById('fileInput');
        var file = fileInput.files[0];
        getFileMd5(file).then((md5) => {
            console.info(md5)
            fileMd5=md5;
            fileMd5Span.innerHTML=md5;
        })
    }

    function uploadFile() {
        var fileInput = document.getElementById('fileInput');
        var file = fileInput.files[0];
        if (!file) return;
        if (!fileMd5) return;


        //获取到文件
        let fileArr = this.sliceFile(file);
        //保存文件名称
        let fileName = file.name;

        fileArr.forEach((e, i) => {
            //创建formdata对象
            let data = new FormData();
            data.append("totalNumber", fileArr.length)
            data.append("chunkSize", chunkSize)
            data.append("chunkNumber", i)
            data.append("md5", fileMd5)
            data.append("file", new File([e],fileName));
            upload(data);
        })


    }

    /**
     * 计算文件md5值
     */
    function getFileMd5(file) {
        return new Promise((resolve, reject) => {
            let fileReader = new FileReader()
            fileReader.onload = function (event) {
                let fileMd5 = SparkMD5.ArrayBuffer.hash(event.target.result)
                resolve(fileMd5)
            }
            fileReader.readAsArrayBuffer(file)
        })
    }


   function upload(data) {
       var xhr = new XMLHttpRequest();
       // 当上传完成时调用
       xhr.onload = function () {
           if (xhr.status === 200) {
               uploadResult.append( '上传成功分片：' +data.get("chunkNumber")+'\t' ) ;
           }
       }
       xhr.onerror = function () {
           uploadResult.innerHTML = '上传失败';
       }
       // 发送请求
       xhr.open('POST', '/uploadBig', true);
       xhr.send(data);
    }

    function checkFile() {
        var xhr = new XMLHttpRequest();
        // 当上传完成时调用
        xhr.onload = function () {
            if (xhr.status === 200) {
                checkFileRes.innerHTML = '检测文件完整性成功:' + xhr.responseText;
            }
        }
        xhr.onerror = function () {
            checkFileRes.innerHTML = '检测文件完整性失败';
        }
        // 发送请求
        xhr.open('POST', '/checkFile', true);
        let data = new FormData();
        data.append("md5", fileMd5)
        xhr.send(data);
    }

    function sliceFile(file) {
        const chunks = [];
        let start = 0;
        let end;
        while (start < file.size) {
            end = Math.min(start + chunkSize, file.size);
            chunks.push(file.slice(start, end));
            start = end;
        }
        return chunks;
    }

</script>

</body>
</html>

前端注意事项

  1. 前端调用uploadBig接口有四个参数：
参数 说明
chunkSize 每片文件大小，这里设置为1MB
totalNumber 总分片数，为文件大小/chunkSize ，不能整除的要+1
md5 整个文件的MD5
file 当前分片文件
  1. 计算大文件的MD5可能会比较慢，这个可以从流程上进行优化，比如上传使用异步去计算文件MD5、不计算整个文件MD5而是计算每一片的MD5保证每一片数据的一致性。

后端

后端就两个接口/uploadBig用于每一片文件的上传和/checkFile检测文件的MD5。

/uploadBig接口设计思路

接口总体流程：

graph TD 按文件MD5创建目录 --> 创建MD5.conf存放每一片上传状态 --> 使用RandomAccessFile写入当前分片文件 --> 使用RandomAccessFile设置当前分片状态为1

这里需要注意的：

  1. MD5.conf每一次检测文件不存在里创建个空文件，使用byte[] bytes = new byte[totalNumber];将每一位状态设置为0，从0位天始，第N位表示第N个分片的上传状态，0-未上传 1-已上传，当每将上传成功后使用randomAccessConfFile.seek(chunkNumber)将对就设置为1。

  2. randomAccessFile.seek(chunkNumber * chunkSize);可以将光标移到文件指定位置开始写数据，每一个文件每将上传分片编号chunkNumber都是不一样的，所以各自写自己文件块，多线程写同一个文件不会出现线程安全问题。

  3. 大文件写入时用RandomAccessFile可能比较慢，可以使用MappedByteBuffer内存映射来加速大文件写入，不过使用MappedByteBuffer如果要删除文件可能会存在删除不掉，因为删除了磁盘上的文件，内存的文件还是存在的。

MappedByteBuffer写文件的用法：

java 复制代码 
FileChannel fileChannel = randomAccessFile.getChannel();  
MappedByteBuffer mappedByteBuffer = fileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, chunkNumber * chunkSize, fileData.length);  
mappedByteBuffer.put(fileData);

/checkFile接口设计思路

/checkFile接口流程：

graph TD 通过MD5检测路径是否存在不存在说明没有上传 --> 检测MD5.conf文件是否有未完成上传的分片 --> 检测文件MD5是否一致

大文件上传完整JAVA代码：

java 复制代码 
@RestController
public class UploadController {

    public static final String UPLOAD_PATH = "D:\\upload\\";

    /**
     * @param chunkSize   每个分片大小
     * @param chunkNumber 当前分片
     * @param md5         文件总MD5
     * @param file        当前分片文件数据
     * @return
     * @throws IOException
     */
    @RequestMapping("/uploadBig")
    public ResponseEntity<Map<String, String>> uploadBig(@RequestParam Long chunkSize, @RequestParam Integer totalNumber, @RequestParam Long chunkNumber, @RequestParam String md5, @RequestParam MultipartFile file) throws IOException {
        //文件存放位置
        String dstFile = String.format("%s\\%s\\%s.%s", UPLOAD_PATH, md5, md5, StringUtils.getFilenameExtension(file.getOriginalFilename()));
        //上传分片信息存放位置
        String confFile = String.format("%s\\%s\\%s.conf", UPLOAD_PATH, md5, md5);
        //第一次创建分片记录文件
        //创建目录
        File dir = new File(dstFile).getParentFile();
        if (!dir.exists()) {
            dir.mkdir();
            //所有分片状态设置为0
            byte[] bytes = new byte[totalNumber];
            Files.write(Path.of(confFile), bytes);
        }
        //随机分片写入文件
        try (RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile(dstFile, "rw");
             RandomAccessFile randomAccessConfFile = new RandomAccessFile(confFile, "rw");
             InputStream inputStream = file.getInputStream()) {
            //定位到该分片的偏移量
            randomAccessFile.seek(chunkNumber * chunkSize);
            //写入该分片数据
            randomAccessFile.write(inputStream.readAllBytes());
            //定位到当前分片状态位置
            randomAccessConfFile.seek(chunkNumber);
            //设置当前分片上传状态为1
            randomAccessConfFile.write(1);
        }
        return ResponseEntity.ok(Map.of("path", dstFile));
    }


    /**
     * 获取文件分片状态，检测文件MD5合法性
     *
     * @param md5
     * @return
     * @throws Exception
     */
    @RequestMapping("/checkFile")
    public ResponseEntity<Map<String, String>> uploadBig(@RequestParam String md5) throws Exception {
        String uploadPath = String.format("%s\\%s\\%s.conf", UPLOAD_PATH, md5, md5);
        Path path = Path.of(uploadPath);
        //MD5目录不存在文件从未上传过
        if (!Files.exists(path.getParent())) {
            return ResponseEntity.ok(Map.of("msg", "文件未上传"));
        }
        //判断文件是否上传成功
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        byte[] bytes = Files.readAllBytes(path);
        for (byte b : bytes) {
            stringBuilder.append(String.valueOf(b));
        }
        //所有分片上传完成计算文件MD5
        if (!stringBuilder.toString().contains("0")) {
            File file = new File(String.format("%s\\%s\\", UPLOAD_PATH, md5));
            File[] files = file.listFiles();
            String filePath = "";
            for (File f : files) {
                //计算文件MD5是否相等
                if (!f.getName().contains("conf")) {
                    filePath = f.getAbsolutePath();
                    try (InputStream inputStream = new FileInputStream(f)) {
                        String md5pwd = DigestUtils.md5DigestAsHex(inputStream);
                        if (!md5pwd.equalsIgnoreCase(md5)) {
                            return ResponseEntity.ok(Map.of("msg", "文件上传失败"));
                        }
                    }
                }
            }
            return ResponseEntity.ok(Map.of("path", filePath));
        } else {
            //文件未上传完成，反回每个分片状态，前端将未上传的分片继续上传
            return ResponseEntity.ok(Map.of("chucks", stringBuilder.toString()));
        }

    }
    
}

配合前端上传演示分片上传，依次按如下流程点击按钮：

graph TD 选择文件 --> 计算文件MD5 --> 上传 --> 检测文件完整性

断点续传

有了上面的设计做断点续传就比较简单的，后端代码不需要改变，只要修改前端上传流程就好了：

graph TD 计算文件MD5 --> 调用checkFile接口 --> 将未上传的分片继续上传 --> 调用checkFile接口

当调用/checkFile接口，文件里如果有未完成上传的分片，接口返回chunks字段对就的位置值为0，前端将未上传的分片继续上传，完成后再调用/checkFile就完成了断点续传

json 复制代码 
{
    "chucks": "111111111100000000001111111111111111111111111"
}

秒传

秒传也是比较简单的，只要修改前端代码流程就好了，比如张三上传了一个文件，然后李四又上传了同样内容的文件，同一文件的MD5值可以认为是一样的（虽然会存在不同文件的MD5一样，不过概率很小，可以认为MD5一样文件就是一样 ），10万不同文件MD5相同概率为 <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> 1 10000000000000000000000000000 \frac{1}{10000000000000000000000000000} </math>100000000000000000000000000001，福利彩票的中头奖的概率一般为 <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> 1 1000000 \frac{1}{1000000} </math>10000001 ，具体计算方法可以参考走近消息摘要--Md5产生重复的概率，,所以MD5冲突的概率可以忽略不计。当李四调用/checkFile接口后，后端直接返回了李四上传的文件路径，李四就完成了秒传。大部分云盘秒传的思路应该也是这样，只不过计算文件HASH算法更为复杂，返回给用户文件路径也更为安全，要防止被别人算出文件路径了。

秒传前端代码流程：

graph TD 计算文件MD5 --> 调用checkFile接口 --> 如果文件已存在完成上传

总结

本文从前端和后端两个方面介绍了大文件的分片上传、断点继续、秒传设计思路和实现代码，所有代码都是亲测可以直接使用。

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