0. 由浅到深地阐述文件下载原理

Author: istyras

Date: 2024-10-12
Update: 2024-10-12

本文旨在从一个下载功能的原理与简单实现上，由浅到深地阐述下载功能的原理与过程，为后续的 分析OkDownload组件 和 完整开发文件下载 奠定基础。

本文是关于 文件下载 功能的系列文章的第一篇。

文件下载是一个常见的网络操作，它涉及到从服务器获取数据并保存到本地。

我们将使用Kotlin语言结合协程(Coroutine)和OkHttp库来实现一个逐步复杂的文件下载系统。

下面是每个步骤的概述以及对应的示例代码。

1. 最简单的文件下载

最简单的文件下载就是发送一个HTTP GET请求，并将响应体写入到本地文件中。

java 复制代码

import okhttp3.OkHttpClient
import okhttp3.Request
import java.io.File
import java.io.FileOutputStream
import kotlinx.coroutines.*

fun simpleDownload(url: String, targetPath: String) = runBlocking {
    val client = OkHttpClient()
    val request = Request.Builder().url(url).build()

    withContext(Dispatchers.IO) {
        client.newCall(request).execute().use { response ->
            if (!response.isSuccessful) throw IOException("Unexpected code $response")

            FileOutputStream(File(targetPath)).use { fos ->
                fos.write(response.body?.bytes())
            }
        }
    }
}

2. 加入文件校验的文件下载

在下载完成后，我们可以计算下载文件的哈希值并与服务器提供的进行比较，以确保文件完整性。

java 复制代码

import java.security.MessageDigest

fun downloadWithChecksum(url: String, targetPath: String, expectedChecksum: String) = runBlocking {
    val client = OkHttpClient()
    val request = Request.Builder().url(url).build()

    withContext(Dispatchers.IO) {
        client.newCall(request).execute().use { response ->
            if (!response.isSuccessful) throw IOException("Unexpected code $response")

            FileOutputStream(File(targetPath)).use { fos ->
                fos.write(response.body?.bytes())
            }

            // 计算文件的MD5校验值
            val checksum = File(targetPath).readBytes().digest("MD5")
            if (checksum != expectedChecksum) {
                throw RuntimeException("File checksum does not match.")
            }
        }
    }
}

// 扩展函数用于计算字节数组的摘要
fun ByteArray.digest(algorithm: String): String {
    val md = MessageDigest.getInstance(algorithm)
    return BigInteger(1, md.digest(this)).toString(16).padStart(32, '0')
}

3. 提前对资源作可连通性校验的文件下载

在实际下载文件之前，发送一个HEAD请求来检查URL的有效性和可用性是一个很好的做法。

HEAD请求类似于GET请求，但是服务器不会返回消息体，只返回响应头信息。

这样可以快速验证资源是否存在以及获取一些额外的信息，如内容长度（Content-Length）和最后修改时间（Last-Modified）。

java 复制代码

import okhttp3.*
import java.io.File
import java.io.FileOutputStream
import kotlinx.coroutines.*
import java.net.HttpURLConnection

fun downloadWithConnectivityCheck(url: String, targetPath: String) = runBlocking {
    val client = OkHttpClient()

    // 发送HEAD请求以检查资源的可连通性
    val headRequest = Request.Builder().url(url).head().build()
    withContext(Dispatchers.IO) {
        client.newCall(headRequest).execute().use { response ->
            if (response.code != HttpURLConnection.HTTP_OK) {
                throw IOException("Resource is not available. Server returned HTTP code: ${response.code}")
            }

            // 如果资源可用，继续下载
            val getResponse = client.newCall(Request.Builder().url(url).build()).execute()
            if (!getResponse.isSuccessful) {
                throw IOException("Unexpected code $getResponse")
            }

            FileOutputStream(File(targetPath)).use { fos ->
                getResponse.body?.byteStream()?.copyTo(fos)
            }
        }
    }
}

// 使用示例
fun main() = runBlocking {
    val url = "http://example.com/file.zip"
    val targetPath = "path/to/your/downloaded/file.zip"

    try {
        downloadWithConnectivityCheck(url, targetPath)
        println("File downloaded successfully.")
    } catch (e: Exception) {
        e.printStackTrace()
        println("Failed to download file: ${e.message}")
    }
}

我们首先构建了一个HEAD请求并发送出去。

如果服务器返回的状态码是200 OK，则说明资源是可用的，并且我们可以安全地继续进行GET请求来下载文件。

如果不是200状态码，我们会抛出一个异常，表示资源不可用或存在其他问题。

这段代码还包括了基本的异常处理，如果在连接或下载过程中遇到任何问题，它会捕获异常并打印错误信息。

你可以根据需要进一步扩展这个函数，比如添加日志记录、更详细的错误处理或者用户界面反馈等。

4. 根据提前校验的信息作资源校验的文件下载

在发送HEAD请求检查资源可用性时，服务器通常会返回一些有用的元数据，比如文件的大小（Content-Length）和最后修改时间（Last-Modified）。

我们可以利用这些信息来验证下载完成后的文件是否完整。

java 复制代码

import okhttp3.*
import java.io.File
import java.io.FileOutputStream
import kotlinx.coroutines.*
import java.net.HttpURLConnection

fun downloadWithMetadataCheck(url: String, targetPath: String) = runBlocking {
    val client = OkHttpClient()

    // 发送HEAD请求以获取资源的元数据
    val headRequest = Request.Builder().url(url).head().build()
    withContext(Dispatchers.IO) {
        client.newCall(headRequest).execute().use { response ->
            if (response.code != HttpURLConnection.HTTP_OK) {
                throw IOException("Resource is not available. Server returned HTTP code: ${response.code}")
            }

            // 从HEAD响应中获取文件大小
            val expectedContentSize = response.header("Content-Length")?.toLongOrNull() ?: -1L
            if (expectedContentSize == -1L) {
                println("Warning: Content-Length header is missing or invalid.")
            }

            // 如果资源可用，继续下载
            val getResponse = client.newCall(Request.Builder().url(url).build()).execute()
            if (!getResponse.isSuccessful) {
                throw IOException("Unexpected code $getResponse")
            }

            FileOutputStream(File(targetPath)).use { fos ->
                getResponse.body?.byteStream()?.copyTo(fos)
            }

            // 检查下载的文件大小是否与预期相符
            val downloadedFile = File(targetPath)
            val actualFileSize = downloadedFile.length()
            if (expectedContentSize != -1L && actualFileSize != expectedContentSize) {
                throw IOException("File size mismatch. Expected: $expectedContentSize, Actual: $actualFileSize")
            }
        }
    }
}

// 使用示例
fun main() = runBlocking {
    val url = "http://example.com/file.zip"
    val targetPath = "path/to/your/downloaded/file.zip"

    try {
        downloadWithMetadataCheck(url, targetPath)
        println("File downloaded and verified successfully.")
    } catch (e: Exception) {
        e.printStackTrace()
        println("Failed to download or verify file: ${e.message}")
    }
}

在这个实现中，我们做了以下几件事：

发送HEAD请求：首先发送一个HEAD请求到指定的URL。
解析响应头：从响应头中读取Content-Length字段，该字段表示了远程文件的大小。
下载文件：如果HEAD请求成功，我们接着发送GET请求来下载整个文件。
校验文件大小：下载完成后，我们通过比较实际文件大小与HEAD请求返回的内容长度来验证文件的完整性。

注意，如果Content-Length头部缺失或者无效（例如为-1），我们会在控制台打印一条警告信息，并且不会基于此进行校验。这是因为某些服务器可能不提供这个头部信息，或者对于动态生成的内容无法预知其大小。

这样的流程可以帮助确保下载的文件是完整的，没有因为网络问题而被截断。

当然，这只是一个基本的完整性检查；更严格的验证还可以包括使用哈希值（如MD5或SHA-256）来进一步确认文件内容的一致性。

5. 对文件下载记录做持久化存储

为了对文件下载记录进行持久化存储，我们可以使用SQLite数据库。

SQLite是一个轻量级的、不需要独立运行的服务进程的数据库引擎，非常适合于移动应用和小型项目。

我们将创建一个简单的数据库来存储文件的下载状态、路径等信息。

对于Android开发，这里我们使用 Android Jecpack 的 Room 组件进行数据库存储的功能实现。

1、添加依赖

groovy 复制代码

dependencies {
    implementation 'androidx.room:room-runtime:2.4.2'
    kapt 'androidx.room:room-compiler:2.4.2'
}

2、数据库操作实现

实体类定义：定义一个实体类来表示文件下载记录，并创建相应的DAO接口以及Room数据库。

java 复制代码

import androidx.room.Entity
import androidx.room.PrimaryKey
import androidx.room.ColumnInfo

@Entity(tableName = "download_records")
data class DownloadRecord(
    @PrimaryKey(autoGenerate = true) val id: Int = 0,
    @ColumnInfo(name = "file_url") val fileUrl: String,
    @ColumnInfo(name = "local_path") val localPath: String,
    // e.g., "PENDING", "IN_PROGRESS", "COMPLETED", "FAILED"
    @ColumnInfo(name = "status") val status: String, 
    @ColumnInfo(name = "content_length") val contentLength: Long? = null,
    @ColumnInfo(name = "bytes_downloaded") var bytesDownloaded: Long = 0
)

创建DAO接口

java 复制代码

import androidx.room.Dao
import androidx.room.Insert
import androidx.room.Query
import androidx.room.Update

@Dao
interface DownloadRecordDao {
    @Insert
    suspend fun insert(record: DownloadRecord): Long

    @Update
    suspend fun update(record: DownloadRecord)

    @Query("SELECT * FROM download_records WHERE file_url = :url")
    suspend fun findByUrl(url: String): DownloadRecord?

    @Query("DELETE FROM download_records")
    suspend fun deleteAll()
}

创建Room数据库

java 复制代码

import androidx.room.Database
import androidx.room.RoomDatabase

@Database(entities = [DownloadRecord::class], version = 1, exportSchema = false)
abstract class AppDatabase : RoomDatabase() {
    abstract fun downloadRecordDao(): DownloadRecordDao
}

初始化数据库

java 复制代码

import android.content.Context
import androidx.room.Room

object DatabaseProvider {
    private var INSTANCE: AppDatabase? = null

    fun getDatabase(context: Context): AppDatabase {
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized(AppDatabase::class.java) {
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = Room.databaseBuilder(
                        context.applicationContext,
                        AppDatabase::class.java,
                        "app_database"
                    ).build()
                }
            }
        }
        return INSTANCE!!
    }
}

3、使用数据库实现下载记录持久化

现在，可以在下载过程中使用这个数据库来保存和更新下载记录。

在下载前插入一条记录，在下载过程中更新记录，并在下载完成后更新最终的状态。

java 复制代码

import okhttp3.*
import java.io.File
import java.io.FileOutputStream
import kotlinx.coroutines.*
import java.net.HttpURLConnection

suspend fun downloadFileWithPersistence(url: String, targetPath: String, dao: DownloadRecordDao) {
    val client = OkHttpClient()

    // 发送HEAD请求以获取资源的元数据
    val headRequest = Request.Builder().url(url).head().build()
    val response = client.newCall(headRequest).execute()
    if (response.code != HttpURLConnection.HTTP_OK) {
        throw IOException("Resource is not available. Server returned HTTP code: ${response.code}")
    }

    // 从HEAD响应中获取文件大小
    val expectedContentSize = response.header("Content-Length")?.toLongOrNull() ?: -1L

    // 插入下载记录
    val recordId = dao.insert(DownloadRecord(fileUrl = url, localPath = targetPath, status = "PENDING", contentLength = expectedContentSize))

    // 如果资源可用，继续下载
    val getResponse = client.newCall(Request.Builder().url(url).build()).execute()
    if (!getResponse.isSuccessful) {
        throw IOException("Unexpected code $getResponse")
    }

    FileOutputStream(File(targetPath)).use { fos ->
        val inputStream = getResponse.body?.byteStream()
        val buffer = ByteArray(8192)
        var bytesRead: Int
        var totalBytesRead = 0L
        while (inputStream?.read(buffer)?.also { bytesRead = it } != -1) {
            fos.write(buffer, 0, bytesRead)
            totalBytesRead += bytesRead
            // 更新已下载字节数
            dao.update(DownloadRecord(id = recordId.toInt(), fileUrl = url, localPath = targetPath, status = "IN_PROGRESS", contentLength = expectedContentSize, bytesDownloaded = totalBytesRead))
        }
    }

    // 下载完成后更新状态
    dao.update(DownloadRecord(id = recordId.toInt(), fileUrl = url, localPath = targetPath, status = "COMPLETED", contentLength = expectedContentSize, bytesDownloaded = expectedContentSize ?: 0))
}

// 使用示例
fun main() = runBlocking {
    val url = "http://example.com/file.zip"
    val targetPath = "path/to/your/downloaded/file.zip"
    val dao = DatabaseProvider.getDatabase(applicationContext).downloadRecordDao()

    try {
        downloadFileWithPersistence(url, targetPath, dao)
        println("File downloaded and verified successfully.")
    } catch (e: Exception) {
        e.printStackTrace()
        println("Failed to download or verify file: ${e.message}")
    }
}

6. 支持文件断点续传的文件下载

为了支持文件断点续传，我们需要在HTTP请求中使用Range头来指定要下载的字节范围。

如果服务器支持范围请求（通常通过响应头Accept-Ranges: bytes来指示），那么它会返回从指定位置开始的数据。

我们还需要在数据库中跟踪已下载的部分，这样即使下载中断，我们也能够知道上次下载到了哪里，并从那个地方继续下载。

下面是结合断点续传功能的完整Kotlin代码示例：

1、更新DAO接口

确保DAO接口包含插入、更新和查找记录的方法。

java 复制代码

import androidx.room.Dao
import androidx.room.Insert
import androidx.room.Query
import androidx.room.Update

@Dao
interface DownloadRecordDao {
    @Insert
    suspend fun insert(record: DownloadRecord): Long

    @Update
    suspend fun update(record: DownloadRecord)

    @Query("SELECT * FROM download_records WHERE file_url = :url")
    suspend fun findByUrl(url: String): DownloadRecord?

    @Query("DELETE FROM download_records")
    suspend fun deleteAll()
}

2、下载文件并支持断点续传

现在我们可以编写一个函数来处理文件下载，并支持断点续传。

java 复制代码

import okhttp3.*
import java.io.File
import java.io.FileOutputStream
import kotlinx.coroutines.*
import java.net.HttpURLConnection

suspend fun downloadFileWithResumeSupport(url: String, targetPath: String, dao: DownloadRecordDao) {
    val client = OkHttpClient()

    // 发送HEAD请求以获取资源的元数据
    val headRequest = Request.Builder().url(url).head().build()
    val response = client.newCall(headRequest).execute()
    if (response.code != HttpURLConnection.HTTP_OK) {
        throw IOException("Resource is not available. Server returned HTTP code: ${response.code}")
    }

    // 从HEAD响应中获取文件大小
    val expectedContentSize = response.header("Content-Length")?.toLongOrNull() ?: -1L

    // 检查是否已有下载记录
    val existingRecord = dao.findByUrl(url)
    val recordId = if (existingRecord != null) {
        existingRecord.id
    } else {
        // 插入新的下载记录
        dao.insert(DownloadRecord(fileUrl = url, localPath = targetPath, status = "IN_PROGRESS", contentLength = expectedContentSize))
    }

    // 获取当前已下载的字节数
    val currentBytesDownloaded = existingRecord?.bytesDownloaded ?: 0L

    // 如果已经全部下载完成，则不需要再次下载
    if (currentBytesDownloaded >= (expectedContentSize ?: 0L)) {
        return
    }

    // 构建GET请求，包含Range头
    val request = Request.Builder()
        .url(url)
        .header("Range", "bytes=${currentBytesDownloaded}-")
        .build()

    // 执行GET请求
    val getResponse = client.newCall(request).execute()
    if (!getResponse.isSuccessful) {
        throw IOException("Unexpected code $getResponse")
    }

    FileOutputStream(File(targetPath), true).use { fos ->
        val inputStream = getResponse.body?.byteStream()
        val buffer = ByteArray(8192)
        var bytesRead: Int
        while (inputStream?.read(buffer)?.also { bytesRead = it } != -1) {
            fos.write(buffer, 0, bytesRead)
            currentBytesDownloaded += bytesRead
            // 更新已下载字节数
            dao.update(DownloadRecord(id = recordId, fileUrl = url, localPath = targetPath, status = "IN_PROGRESS", contentLength = expectedContentSize, bytesDownloaded = currentBytesDownloaded))
        }
    }

    // 下载完成后更新状态
    dao.update(DownloadRecord(id = recordId, fileUrl = url, localPath = targetPath, status = "COMPLETED", contentLength = expectedContentSize, bytesDownloaded = expectedContentSize ?: 0))
}

// 使用示例
fun main() = runBlocking {
    val url = "http://example.com/file.zip"
    val targetPath = "path/to/your/downloaded/file.zip"
    val dao = DatabaseProvider.getDatabase(applicationContext).downloadRecordDao()

    try {
        downloadFileWithResumeSupport(url, targetPath, dao)
        println("File downloaded and verified successfully.")
    } catch (e: Exception) {
        e.printStackTrace()
        println("Failed to download or verify file: ${e.message}")
    }
}

在这个实现中，我们首先检查数据库中是否已经有该URL的下载记录。

如果有，我们就读取已下载的字节数，并构建带有Range头的GET请求，从已下载的字节位置开始继续下载。

如果没有记录，我们就插入一个新的记录，并从头开始下载。

在下载过程中，我们会不断更新数据库中的bytes_downloaded字段，以便在下次尝试下载时可以从正确的位置继续。

当文件完全下载完毕后，我们将记录的状态更新为COMPLETED。

7. 进行资源固定分块的文件下载

为了实现将文件分成固定数量的块，并发地下载各个块，我们需要首先确定每个分块的大小。这可以通过总文件大小除以分块数量来计算。然后，我们可以并发地下载每个分块，并在所有分块下载完成后将它们合并成一个完整的文件。

同时，对资源分块下载信息作持久化存储，支持断点续传的资源分块的文件下载。

1、更新实体类

我们需要更新DownloadRecord实体类，以便存储每个分块的信息。这里我们假设每个分块都有自己的记录。

java 复制代码

import androidx.room.Entity
import androidx.room.PrimaryKey
import androidx.room.ColumnInfo

@Entity(tableName = "download_records")
data class DownloadRecord(
    @PrimaryKey(autoGenerate = true) val id: Int = 0,
    @ColumnInfo(name = "file_url") val fileUrl: String,
    @ColumnInfo(name = "local_path") val localPath: String,
    // e.g., "PENDING", "IN_PROGRESS", "COMPLETED", "FAILED"
    @ColumnInfo(name = "status") val status: String, 
    @ColumnInfo(name = "content_length") val contentLength: Long? = null,
    @ColumnInfo(name = "bytes_downloaded") var bytesDownloaded: Long = 0,
    @ColumnInfo(name = "chunk_number") val chunkNumber: Int = 0, // 分块编号
    @ColumnInfo(name = "chunk_size") val chunkSize: Long = 0L, // 分块大小
    @ColumnInfo(name = "chunk_offset") val chunkOffset: Long = 0L // 分块起始位置
)

2、更新DAO接口

确保DAO接口包含插入、更新和查找记录的方法。

java 复制代码

import androidx.room.Dao
import androidx.room.Insert
import androidx.room.Query
import androidx.room.Update

@Dao
interface DownloadRecordDao {
    @Insert
    suspend fun insert(record: DownloadRecord): Long

    @Update
    suspend fun update(record: DownloadRecord)

    @Query("SELECT * FROM download_records WHERE file_url = :url")
    suspend fun findByUrl(url: String): DownloadRecord?

    @Query("SELECT * FROM download_records WHERE file_url = :url AND chunk_number = :chunkNumber")
    suspend fun findByUrlAndChunk(url: String, chunkNumber: Int): DownloadRecord?

    @Query("DELETE FROM download_records")
    suspend fun deleteAll()
}

3、下载文件并支持固定分块数量，使用RandomAccessFile

现在我们可以编写一个函数来处理文件下载，并支持固定数量的分块并发下载，同时使用RandomAccessFile直接写入目标文件的不同位置。

java 复制代码

import okhttp3.*
import java.io.RandomAccessFile
import kotlinx.coroutines.*
import java.net.HttpURLConnection
import kotlin.math.ceil
import kotlin.math.min

suspend fun downloadFileWithFixedNumberOfChunksUsingRandomAccessFile(url: String, targetPath: String, dao: DownloadRecordDao, numberOfChunks: Int) {
    val client = OkHttpClient()

    // 发送HEAD请求以获取资源的元数据
    val headRequest = Request.Builder().url(url).head().build()
    val response = client.newCall(headRequest).execute()
    if (response.code != HttpURLConnection.HTTP_OK) {
        throw IOException("Resource is not available. Server returned HTTP code: ${response.code}")
    }

    // 从HEAD响应中获取文件大小
    val expectedContentSize = response.header("Content-Length")?.toLongOrNull() ?: -1L
    if (expectedContentSize < 0) {
        throw IOException("Unable to determine the size of the file.")
    }

    // 计算每个分块的大小
    val chunkSize = ceil(expectedContentSize.toDouble() / numberOfChunks).toLong()

    // 并发下载分块
    withContext(Dispatchers.IO) {
        (0 until numberOfChunks).map { chunkNumber ->
            async {
                val chunkOffset = chunkNumber * chunkSize
                val endOffset = min(chunkOffset + chunkSize - 1, expectedContentSize - 1)

                // 检查是否已有下载记录
                val existingRecord = dao.findByUrlAndChunk(url, chunkNumber)
                val recordId = if (existingRecord != null) {
                    existingRecord.id
                } else {
                    // 插入新的下载记录
                    dao.insert(DownloadRecord(fileUrl = url, localPath = targetPath, status = "IN_PROGRESS", contentLength = expectedContentSize, chunkNumber = chunkNumber, chunkSize = chunkSize, chunkOffset = chunkOffset))
                }

                // 获取当前已下载的字节数
                val currentBytesDownloaded = existingRecord?.bytesDownloaded ?: 0L

                // 构建GET请求，包含Range头
                val request = Request.Builder()
                    .url(url)
                    .header("Range", "bytes=${chunkOffset + currentBytesDownloaded}-${endOffset}")
                    .build()

                // 执行GET请求
                val getResponse = client.newCall(request).execute()
                if (!getResponse.isSuccessful) {
                    throw IOException("Unexpected code $getResponse")
                }

                // 使用RandomAccessFile写入目标文件
                RandomAccessFile(targetPath, "rw").use { raf ->
                    raf.seek(chunkOffset + currentBytesDownloaded)
                    val inputStream = getResponse.body?.byteStream()
                    val buffer = ByteArray(8192)
                    var bytesRead: Int
                    while (inputStream?.read(buffer)?.also { bytesRead = it } != -1) {
                        raf.write(buffer, 0, bytesRead)
                        currentBytesDownloaded += bytesRead
                        // 更新已下载字节数
                        dao.update(DownloadRecord(id = recordId, fileUrl = url, localPath = targetPath, status = "IN_PROGRESS", contentLength = expectedContentSize, bytesDownloaded = currentBytesDownloaded, chunkNumber = chunkNumber, chunkSize = chunkSize, chunkOffset = chunkOffset))
                    }
                }
            }
        }.awaitAll()
    }

    // 更新状态为已完成
    (0 until numberOfChunks).forEach { chunkNumber ->
        val record = dao.findByUrlAndChunk(url, chunkNumber) ?: return@forEach
        dao.update(DownloadRecord(id = record.id, fileUrl = url, localPath = targetPath, status = "COMPLETED", contentLength = expectedContentSize, bytesDownloaded = record.chunkSize, chunkNumber = chunkNumber, chunkSize = record.chunkSize, chunkOffset = record.chunkOffset))
    }
}

// 使用示例
fun main() = runBlocking {
    val url = "http://example.com/file.zip"
    val targetPath = "path/to/your/downloaded/file.zip"
    val dao = DatabaseProvider.getDatabase(applicationContext).downloadRecordDao()
    val numberOfChunks = 5 // 固定分块数量

    try {
        downloadFileWithFixedNumberOfChunksUsingRandomAccessFile(url, targetPath, dao, numberOfChunks)
        println("File downloaded and verified successfully.")
    } catch (e: Exception) {
        e.printStackTrace()
        println("Failed to download or verify file: ${e.message}")
    }
}

在这个实现中，我们做了以下几件事：

发送HEAD请求：首先发送一个HEAD请求到指定的URL，以获取文件的总大小。
计算分块大小：根据文件的总大小和固定的分块数量，计算出每个分块的大小。
并发下载分块：启动多个协程，每个协程负责下载一个特定范围的数据，并使用RandomAccessFile将数据直接写入目标文件的对应位置。每个分块的下载进度被持久化到数据库中。
更新状态：当所有分块都下载完毕后，我们将每个分块的状态更新为COMPLETED。

这种方法避免了创建和管理临时文件的复杂性，并且可以直接写入最终的目标文件。

由于RandomAccessFile允许随机访问文件，因此可以有效地在不同位置写入数据。

这样可以提高效率，尤其是在大文件下载时。

8. 进行资源动态分块的文件下载

为了实现根据文件总大小动态调整分块数量的文件下载，我们可以定义一个函数来根据文件大小确定分块数量。然后，使用RandomAccessFile直接写入目标文件的不同位置，避免创建临时文件。

下面是具体的实现步骤：

发送HEAD请求：获取文件的总大小。
确定分块数量：根据文件大小确定分块数量。
计算每个分块的大小：根据文件总大小和分块数量计算每个分块的大小。
并发下载分块：启动多个协程，每个协程负责下载一个特定范围的数据，并使用RandomAccessFile将数据直接写入目标文件的对应位置。
更新状态：当所有分块都下载完毕后，更新数据库中的记录状态为COMPLETED。

1、确定分块数量

定义一个函数来根据文件大小确定分块数量。根据文件的总大小分区间限制设置分块数量，10M以内1块，10-20M2块，20-50M3块，50-80M4块，80M以上5块。

java 复制代码

fun determineNumberOfChunks(fileSize: Long): Int {
    return when {
        fileSize <= 10 * 1024 * 1024 -> 1 // 10 MB or less
        fileSize <= 20 * 1024 * 1024 -> 2 // 10-20 MB
        fileSize <= 50 * 1024 * 1024 -> 3 // 20-50 MB
        fileSize <= 80 * 1024 * 1024 -> 4 // 50-80 MB
        else -> 5 // 80 MB or more
    }
}

2、下载文件并支持动态分块数量

编写一个函数来处理文件下载，并支持根据文件大小动态调整分块数量。

java 复制代码

import okhttp3.*
import java.io.RandomAccessFile
import kotlinx.coroutines.*
import java.net.HttpURLConnection
import kotlin.math.ceil
import kotlin.math.min

suspend fun downloadFileWithDynamicChunks(url: String, targetPath: String, dao: DownloadRecordDao) {
    val client = OkHttpClient()

    // 发送HEAD请求以获取资源的元数据
    val headRequest = Request.Builder().url(url).head().build()
    val response = client.newCall(headRequest).execute()
    if (response.code != HttpURLConnection.HTTP_OK) {
        throw IOException("Resource is not available. Server returned HTTP code: ${response.code}")
    }

    // 从HEAD响应中获取文件大小
    val expectedContentSize = response.header("Content-Length")?.toLongOrNull() ?: -1L
    if (expectedContentSize < 0) {
        throw IOException("Unable to determine the size of the file.")
    }

    // 确定分块数量
    val numberOfChunks = determineNumberOfChunks(expectedContentSize)

    // 计算每个分块的大小
    val chunkSize = ceil(expectedContentSize.toDouble() / numberOfChunks).toLong()

    // 并发下载分块
    withContext(Dispatchers.IO) {
        (0 until numberOfChunks).map { chunkNumber ->
            async {
                val chunkOffset = chunkNumber * chunkSize
                val endOffset = min(chunkOffset + chunkSize - 1, expectedContentSize - 1)

                // 检查是否已有下载记录
                val existingRecord = dao.findByUrlAndChunk(url, chunkNumber)
                val recordId = if (existingRecord != null) {
                    existingRecord.id
                } else {
                    // 插入新的下载记录
                    dao.insert(DownloadRecord(fileUrl = url, localPath = targetPath, status = "IN_PROGRESS", contentLength = expectedContentSize, chunkNumber = chunkNumber, chunkSize = chunkSize, chunkOffset = chunkOffset))
                }

                // 获取当前已下载的字节数
                val currentBytesDownloaded = existingRecord?.bytesDownloaded ?: 0L

                // 构建GET请求，包含Range头
                val request = Request.Builder()
                    .url(url)
                    .header("Range", "bytes=${chunkOffset + currentBytesDownloaded}-${endOffset}")
                    .build()

                // 执行GET请求
                val getResponse = client.newCall(request).execute()
                if (!getResponse.isSuccessful) {
                    throw IOException("Unexpected code $getResponse")
                }

                // 使用RandomAccessFile写入目标文件
                RandomAccessFile(targetPath, "rw").use { raf ->
                    raf.seek(chunkOffset + currentBytesDownloaded)
                    val inputStream = getResponse.body?.byteStream()
                    val buffer = ByteArray(8192)
                    var bytesRead: Int
                    while (inputStream?.read(buffer)?.also { bytesRead = it } != -1) {
                        raf.write(buffer, 0, bytesRead)
                        currentBytesDownloaded += bytesRead
                        // 更新已下载字节数
                        dao.update(DownloadRecord(id = recordId, fileUrl = url, localPath = targetPath, status = "IN_PROGRESS", contentLength = expectedContentSize, bytesDownloaded = currentBytesDownloaded, chunkNumber = chunkNumber, chunkSize = chunkSize, chunkOffset = chunkOffset))
                    }
                }
            }
        }.awaitAll()
    }

    // 更新状态为已完成
    (0 until numberOfChunks).forEach { chunkNumber ->
        val record = dao.findByUrlAndChunk(url, chunkNumber) ?: return@forEach
        dao.update(DownloadRecord(id = record.id, fileUrl = url, localPath = targetPath, status = "COMPLETED", contentLength = expectedContentSize, bytesDownloaded = record.chunkSize, chunkNumber = chunkNumber, chunkSize = record.chunkSize, chunkOffset = record.chunkOffset))
    }
}

// 使用示例
fun main() = runBlocking {
    val url = "http://example.com/file.zip"
    val targetPath = "path/to/your/downloaded/file.zip"
    val dao = DatabaseProvider.getDatabase(applicationContext).downloadRecordDao()

    try {
        downloadFileWithDynamicChunks(url, targetPath, dao)
        println("File downloaded and verified successfully.")
    } catch (e: Exception) {
        e.printStackTrace()
        println("Failed to download or verify file: ${e.message}")
    }
}

9. 完善每个步骤中的异常处理

在实现文件分块下载并支持断点续传的过程中，我们需要处理各种可能的异常情况，以确保程序的健壮性和可靠性。

以下是详细的步骤和每一步中需要考虑的各种异常情况及处理方式：

9.1. 初始化与前期校验

1）异常情况

无效URL：提供的URL不正确或无法解析。
网络不可用：设备没有连接到互联网。
目标路径无效：指定的目标文件路径不存在或权限不足。

2）处理

检查URL是否有效，并尝试解析它。
检查网络连接状态。
检查目标文件路径是否存在，并且应用有足够的权限写入该路径。

java 复制代码

fun validateInputs(url: String, targetPath: String) {
    // URL有效性检查
    if (!Patterns.WEB_URL.matcher(url).matches()) {
        throw IllegalArgumentException("Invalid URL: $url")
    }

    // 网络连接检查
    if (!isNetworkAvailable(context)) {
        throw IOException("No network connection available.")
    }

    // 目标路径检查
    val targetFile = File(targetPath)
    if (targetFile.parentFile?.exists() == false || !targetFile.canWrite()) {
        throw IOException("Invalid target path or insufficient permissions: $targetPath")
    }
}

9.2. 发送HEAD请求获取文件元数据

1）异常情况

服务器返回错误代码：如404 Not Found等。
无法确定文件大小：服务器未提供Content-Length头。

2）处理

检查响应代码，确保为200 OK。
如果Content-Length头缺失，则抛出异常。

java 复制代码

suspend fun getExpectedContentSize(url: String): Long {
    val client = OkHttpClient()
    val headRequest = Request.Builder().url(url).head().build()
    val response = client.newCall(headRequest).execute()

    if (response.code != HttpURLConnection.HTTP_OK) {
        throw IOException("Resource is not available. Server returned HTTP code: ${response.code}")
    }

    val contentLength = response.header("Content-Length")?.toLongOrNull() ?: -1L
    if (contentLength < 0) {
        throw IOException("Unable to determine the size of the file.")
    }

    return contentLength
}

9.3. 计算分块数量和每个分块的大小

1）异常情况

计算结果不合理：例如分块大小为0或负数。

2）处理

确保分块大小和数量是合理的，如果计算出错则抛出异常。

java 复制代码

fun calculateChunkSizeAndNumber(expectedContentSize: Long): Pair<Long, Int> {
    val numberOfChunks = determineNumberOfChunks(expectedContentSize)
    val chunkSize = ceil(expectedContentSize.toDouble() / numberOfChunks).toLong()
    if (chunkSize <= 0) {
        throw ArithmeticException("Invalid chunk size calculated: $chunkSize")
    }
    return Pair(chunkSize, numberOfChunks)
}

9.4. 并发下载分块

1）异常情况

网络中断：下载过程中网络连接丢失。
服务器错误：服务器返回非206 Partial Content或其他错误代码。
IO错误：文件写入时出现错误。
数据库操作失败：更新下载进度时发生错误。

2）处理

在每个下载协程中捕获并处理异常。
对于网络中断，可以设置重试机制。
对于其他错误，记录错误信息，并根据情况决定是否重试或终止下载。

java 复制代码

suspend fun downloadChunk(url: String, targetPath: String, dao: DownloadRecordDao, chunkNumber: Int, chunkOffset: Long, chunkSize: Long, expectedContentSize: Long) {
    val client = OkHttpClient()

    try {
        // 构建GET请求，包含Range头
        val endOffset = min(chunkOffset + chunkSize - 1, expectedContentSize - 1)
        val request = Request.Builder()
            .url(url)
            .header("Range", "bytes=${chunkOffset}-${endOffset}")
            .build()

        // 执行GET请求
        val getResponse = client.newCall(request).execute()
        if (!getResponse.isSuccessful || getResponse.code != HttpURLConnection.HTTP_PARTIAL) {
            throw IOException("Unexpected response code: ${getResponse.code}")
        }

        // 使用RandomAccessFile写入目标文件
        RandomAccessFile(targetPath, "rw").use { raf ->
            raf.seek(chunkOffset)
            val inputStream = getResponse.body?.byteStream()
            val buffer = ByteArray(8192)
            var bytesRead: Int
            while (inputStream?.read(buffer)?.also { bytesRead = it } != -1) {
                raf.write(buffer, 0, bytesRead)
                // 更新已下载字节数
                updateDownloadProgress(dao, url, chunkNumber, chunkOffset, bytesRead)
            }
        }
    } catch (e: Exception) {
        // 处理异常，比如记录日志、重试逻辑等
        e.printStackTrace()
        throw e // 或者重新抛出异常以便上层处理
    }
}

private suspend fun updateDownloadProgress(dao: DownloadRecordDao, url: String, chunkNumber: Int, chunkOffset: Long, bytesDownloaded: Int) {
    val record = dao.findByUrlAndChunk(url, chunkNumber) ?: return
    val newBytesDownloaded = record.bytesDownloaded + bytesDownloaded
    dao.update(DownloadRecord(id = record.id, fileUrl = url, localPath = record.localPath, status = "IN_PROGRESS", contentLength = record.contentLength, bytesDownloaded = newBytesDownloaded, chunkNumber = chunkNumber, chunkSize = record.chunkSize, chunkOffset = chunkOffset))
}

9.5. 下载完成后的确认校验

1）异常情况

文件大小不符：实际下载的文件大小与预期不符。
MD5校验失败（可选）：如果提供了文件的MD5值进行校验。

2）处理

比较实际下载的文件大小与预期大小。
如果提供了MD5值，进行MD5校验。

java 复制代码

suspend fun verifyDownload(targetPath: String, expectedContentSize: Long, expectedMd5: String? = null) {
    val downloadedFile = File(targetPath)
    if (downloadedFile.length() != expectedContentSize) {
        throw IOException("Downloaded file size does not match the expected size.")
    }

    if (expectedMd5 != null) {
        val actualMd5 = calculateMd5(downloadedFile)
        if (actualMd5 != expectedMd5) {
            throw IOException("MD5 checksum verification failed.")
        }
    }
}

// MD5校验函数示例
fun calculateMd5(file: File): String {
    val digest = MessageDigest.getInstance("MD5")
    FileInputStream(file).use { fis ->
        val buffer = ByteArray(8192)
        var bytesRead: Int
        while (fis.read(buffer).also { bytesRead = it } != -1) {
            digest.update(buffer, 0, bytesRead)
        }
    }
    return digest.digest().fold("") { str, it -> str + "%02x".format(it) }
}

通过上述步骤，我们可以在文件分块下载过程中处理各种异常情况，确保程序的健壮性。

每一步都应有适当的异常处理逻辑，包括但不限于网络错误、IO错误、服务器错误以及文件完整性校验等。

此外，还应该考虑到用户界面反馈，确保用户能够了解下载的状态和遇到的问题。

0. 由浅到深地阐述文件下载原理

Author: istyras

本文旨在从一个下载功能的原理与简单实现上，由浅到深地阐述下载功能的原理与过程，为后续的 `分析OkDownload组件` 和 `完整开发文件下载` 奠定基础。

1. 最简单的文件下载

2. 加入文件校验的文件下载

3. 提前对资源作可连通性校验的文件下载

4. 根据提前校验的信息作资源校验的文件下载

5. 对文件下载记录做持久化存储

6. 支持文件断点续传的文件下载

7. 进行资源固定分块的文件下载

8. 进行资源动态分块的文件下载

9. 完善每个步骤中的异常处理

9.1. 初始化与前期校验

9.2. 发送HEAD请求获取文件元数据

9.3. 计算分块数量和每个分块的大小

9.4. 并发下载分块

9.5. 下载完成后的确认校验

到此为止，我们对于文件下载由浅到深的理解与实现就完成了。

0. 由浅到深地阐述文件下载原理

Author: istyras

本文旨在从一个下载功能的原理与简单实现上，由浅到深地阐述下载功能的原理与过程，为后续的 分析OkDownload组件 和 完整开发文件下载 奠定基础。

1. 最简单的文件下载

2. 加入文件校验的文件下载

3. 提前对资源作可连通性校验的文件下载

4. 根据提前校验的信息作资源校验的文件下载

5. 对文件下载记录做持久化存储

6. 支持文件断点续传的文件下载

7. 进行资源固定分块的文件下载

8. 进行资源动态分块的文件下载

9. 完善每个步骤中的异常处理

9.1. 初始化与前期校验

9.2. 发送HEAD请求获取文件元数据

9.3. 计算分块数量和每个分块的大小

9.4. 并发下载分块

9.5. 下载完成后的确认校验

到此为止，我们对于文件下载由浅到深的理解与实现就完成了。

本文旨在从一个下载功能的原理与简单实现上，由浅到深地阐述下载功能的原理与过程，为后续的 `分析OkDownload组件` 和 `完整开发文件下载` 奠定基础。