如何设计一个高可用、可扩展的文件上传接口?

如何设计一个高可用、可扩展的文件上传接口?

作者:一位八年经验的 Java 开发工程师

关键词:分片上传、断点续传、CDN、对象存储、MinIO、大文件、网络不稳定、Spring Boot


✨ 背景场景

在实际开发中,我们经常遇到大文件上传的需求,比如:

  • 用户上传 2GB 的视频;
  • 后台上传大文件 ZIP 数据包;
  • 文件上传过程中网络中断。

如果我们仍用传统的 MultipartFile 一次性上传,很快会遇到以下问题:

  • 前端体验差:上传失败要重传;
  • 后端压力大:占用大量内存;
  • 不具备扩展性:难以支持分布式部署。

🎯 目标设计

设计一个支持以下特性的文件上传接口:

  • 分片上传:大文件拆成小块上传;
  • 断点续传:网络中断后从断点继续;
  • 高可用性:支持分布式部署,不依赖本地文件;
  • 可扩展性:支持对象存储如 MinIO、OSS;
  • CDN 加速:支持文件分发、下载优化。

🧠 技术选型

技术项 说明
Spring Boot 主体框架
MinIO 对象存储(可兼容 OSS)
MySQL 存储文件上传状态、分片记录
Redis 控制并发、分片状态缓存(可选)
CDN 文件分发加速(如七牛、阿里云)

🧩 模块设计图

复制代码
前端上传分片 ------> 接口接收分片 ------> 存储到对象存储 ------> 标记上传状态 ------> 所有分片上传完合并 ------> 返回访问地址

📦 核心表结构设计

sql 复制代码
CREATE TABLE file_upload_record (
    id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    file_md5 VARCHAR(64) NOT NULL,
    file_name VARCHAR(255),
    total_chunks INT,
    uploaded_chunks INT DEFAULT 0,
    is_complete BOOLEAN DEFAULT FALSE,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

🔧 核心接口设计

1️⃣ 检查文件是否已上传

less 复制代码
@GetMapping("/upload/check")
public ResponseEntity<?> checkFile(@RequestParam String fileMd5) {
    FileUploadRecord record = recordRepository.findByFileMd5(fileMd5);
    if (record != null && record.getIsComplete()) {
        return ResponseEntity.ok(Map.of("uploaded", true, "url", getFileUrl(fileMd5)));
    }
    return ResponseEntity.ok(Map.of("uploaded", false));
}

2️⃣ 上传分片接口

less 复制代码
@PostMapping("/upload/chunk")
public ResponseEntity<?> uploadChunk(
    @RequestParam String fileMd5,
    @RequestParam int chunkIndex,
    @RequestParam MultipartFile filePart
) throws IOException {
    // 临时保存对象名:如 fileMd5/chunkIndex
    String objectName = String.format("upload/%s/%d.part", fileMd5, chunkIndex);
    
    // 上传到 MinIO
    minioClient.putObject(
        PutObjectArgs.builder()
            .bucket(bucketName)
            .object(objectName)
            .stream(filePart.getInputStream(), filePart.getSize(), -1)
            .contentType(filePart.getContentType())
            .build()
    );

    // 更新数据库状态
    recordService.markChunkUploaded(fileMd5, chunkIndex);
    return ResponseEntity.ok("Chunk uploaded");
}

3️⃣ 合并分片并生成最终文件

less 复制代码
@PostMapping("/upload/merge")
public ResponseEntity<?> mergeChunks(@RequestParam String fileMd5, @RequestParam int totalChunks) throws Exception {
    String finalObjectName = "upload/" + fileMd5 + ".final";

    // 合并文件(使用 MinIO 的 composeObject)
    List<ComposeSource> sources = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < totalChunks; i++) {
        sources.add(
            ComposeSource.builder()
                .bucket(bucketName)
                .object(String.format("upload/%s/%d.part", fileMd5, i))
                .build()
        );
    }

    minioClient.composeObject(
        ComposeObjectArgs.builder()
            .bucket(bucketName)
            .object(finalObjectName)
            .sources(sources)
            .build()
    );

    // 标记上传完成
    recordService.markComplete(fileMd5);

    return ResponseEntity.ok(Map.of("url", getFileUrl(fileMd5)));
}

💡 核心逻辑详解

✅ 为什么要用 fileMd5 作为分片唯一标识?

  • MD5 可标志文件唯一性,便于去重和断点续传;
  • 客户端可预先计算 MD5,与服务器确认哪些分片已上传。

✅ MinIO 是如何支持分片合并的?

  • MinIO 支持 composeObject,可将多个对象合并为一个;
  • 类似于 AWS S3 的"多段上传"功能;
  • 合并操作在服务端进行,避免网络传输压力。

✅ 如果网络中断怎么办?

  • 客户端每上传一个分片记录状态;
  • 重新发起上传前调用 /check 查询已上传分片;
  • 只上传缺失部分,节省时间和带宽。

🚀 可扩展性设计

🧱 模块化存储接口

arduino 复制代码
public interface FileStorageService {
    void uploadChunk(String objectName, InputStream stream, long size);
    void mergeChunks(String finalName, List<String> chunkNames);
    String getFileUrl(String objectName);
}
  • 实现类可对接 OSS、MinIO、FastDFS 等;
  • 降低耦合,支持替换存储供应商。

📈 性能与高可用优化

优化点 技术方案
上传限速 Nginx 限流、前端分批上传
接口幂等 Redis 控制 chunk 上传状态
合并耗时 可异步合并 + 任务中心
多节点上传 存储层采用对象存储,支持多节点共享

📦 返回 CDN 地址

typescript 复制代码
public String getFileUrl(String fileMd5) {
    return cdnDomain + "/upload/" + fileMd5 + ".final";
}
  • 文件合并后部署到 CDN;
  • 前端访问地址统一为 CDN 加速域名。

✅ 总结

我们通过以下方案构建了一个高可用、可扩展的大文件上传接口

  • 支持 断点续传分片上传
  • 使用 MinIO/S3 对象存储;
  • 支持 CDN 分发
  • 可轻松扩展存储后端或接入云服务。

🛠️ 推荐工具 & 框架

  • MinIO Java SDK
  • Spring Boot + Spring Web
  • Redis(限流、幂等)
  • MySQL(记录上传状态)

🙋‍♂️ 结语

这套文件上传方案,特别适合对稳定性、高并发、用户体验要求较高的系统。希望本文能为你在实际项目中实现大文件上传提供思路。

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