多線程下載的基本原理和用法

剛學了下多線程的下載，可能是初次接觸的原因吧，理解起來覺得稍微有點難。所以想寫一篇博客來記錄下，加深自己理解的同時，也希望能夠幫到一些剛接觸的小伙伴。由于涉及到網絡的傳輸，那么就會涉及到http協議。建議在讀本文之前您對http協議有一定的了解。

線程可以通俗的理解為下載的通道，一個線程就是文件下載的一個通道，多線程就是同時打開了多個通道對文件進行下載。當服務器提供下載服務時，用戶之間共享帶寬，在優先級相同的情況下，總服務器會對總下載線程進行平均分配。我們平時用的迅雷下載就是多線程下載。

多線程的下載大致可以分為如下幾個步驟：

1: 獲取目標文件的大小（totalSize）

按照常識，我們在下載一個文件之前，通常情況下是要知道該文件的大小，這樣才好在本地留好足量的空間來存儲，免得出現還未下載完，存儲空間就爆了的情況。為了方便代碼的演示，本文在本地tomcat服務器的webapps/ROOT目錄下新建一個test.txt的文件，里面存儲了0123456789這10字節的數據。

2: 確定要開啟幾個線程（threadCount）

需要的文件在服務器上，那我們要開通幾個通道去下載呢？一般情況下這是由CPU去決定的，但是CPU開啟線程的數目也是有限的，不是想開幾個線程就開幾個線程。所開線程的最大數量=（CPU核數+1），例如你的CPU核數為4，那么電腦最多可以開啟5條線程。為了方便代碼演示，本文的threadCount=3

3： 計算平均每個線程需要下載多少個字節的數據(blockSize)

理想情況下多線程下載是按照平均分配原則的，即：單線程下載的字節數等于文件總大小除以開啟的線程總條數，當不能整除時，則最后開啟的線程將剩余的字節一起下載。例如：本文中的totalSize=10，threadCount=3，則前兩個開啟的線程下載3KB的數據，第三個開啟的線程需要下載（3+1）KB的數據。

4：計算各個線程要下載的字節范圍。

平時我們做項目講究分工明確，同理多線程下載也需要明確各個下載的字節范圍，這樣才能將文件高效、快速、準確的下載下來。即在下載過程中，各個線程都要明確自己的開始索引（startIndex）和結束索引（endIndex）。

從上圖我們可以總結出一個公式：
startIndex = threadId乘以blockSize;
endIndex = (threadId+1)乘以blockSize-1；
如果是最后一條線程，那么結束索引為：
endIndex = totalSize - 1；

5： 使用for循環開啟3個子線程

    //每次循環啟動一條線程下載
    for(int threadId=0; threadId<3;threadId++){
        /**
         * 計算各個線程要下載的字節范圍
         */
        //開始索引
        int startIndex = threadId * blockSize;
        //結束索引
        int endIndex = (threadId+1)* blockSize-1;
        //如果是最后一條線程（因為最后一條線程可能會長一點）
        if(threadId == (threadCount -1)){
            endIndex = totalSize -1;
        }
        /**
         * 啟動子線程下載
         */
        new DownloadThread(threadId,startIndex,endIndex).start();
    }

6：獲取各個線程的目標文件的開始索引和結束索引的范圍。

告訴服務器，只要目標段的數據，這樣就需要通過Http協議的請求頭去設置(range:bytes=0-499 )

connection.setRequestProperty("range", "bytes="+startIndex+"-"+endIndex);

7：使用RandomAccessFile隨機文件訪問類。創建一個RandomAccessFile對象，將返回的字節流寫到文件指定的范圍

此處有個注意事項：讓RandomAccessFile對象寫字節流之前，需要移動RandomAccessFile對象到指定的位置開始寫。

    raf.seek(startIndex);

以上就是多線程下載的大致步驟。代碼如下：

package com.example;
import java.io.InputStream;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.net.HttpURLConnection;
import java.net.URL;

public class DownloadTest {
private static final String path = "http://localhost:8080/test.txt";
public static void main(String[] args) throws Exception {
    /**
     * 1.獲取目標文件的大小
     */
    int totalSize = new URL(path).openConnection().getContentLength();
    System.out.println("目標文件的總大小為："+totalSize+"B");
    /**
     *2. 確定開啟幾個線程
     *開啟線程的總數=CPU核數+1；例如：CPU核數為4，則最多可開啟5條線程
     */
    int availableProcessors = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    System.out.println("CPU核數是："+availableProcessors);
    int threadCount = 3;

    /**
     * 3. 計算每個線程要下載多少個字節
     */
    int blockSize = totalSize/threadCount;

    //每次循環啟動一條線程下載
    for(int threadId=0; threadId<3;threadId++){
        /**
         * 4.計算各個線程要下載的字節范圍
         */
        //開始索引
        int startIndex = threadId * blockSize;
        //結束索引
        int endIndex = (threadId+1)* blockSize-1;
        //如果是最后一條線程（因為最后一條線程可能會長一點）
        if(threadId == (threadCount -1)){
            endIndex = totalSize -1;
        }
        /**
         * 5.啟動子線程下載
         */
        new DownloadThread(threadId,startIndex,endIndex).start();
    }
}

//下載的線程類
private static class DownloadThread extends Thread{
    private int threadId;
    private int startIndex;
    private int endIndex;
    public DownloadThread(int threadId, int startIndex, int endIndex) {
        super();
        this.threadId = threadId;
        this.startIndex = startIndex;
        this.endIndex = endIndex;
    }

    @Override
    public void run(){
        System.out.println("第"+threadId+"條線程，下載索引："+startIndex+"~"+endIndex);
        //每條線程要去×××器拿取目標段的數據
        try {
            //創建一個URL對象
            URL url = new URL(path);
            //開啟網絡連接
            HttpURLConnection connection = (HttpURLConnection)url.openConnection();
            //添加配置
            connection.setConnectTimeout(5000);
            /**
             * 6.獲取目標文件的[startIndex,endIndex]范圍
             */
            //告訴服務器，只要目標段的數據，這樣就需要通過Http協議的請求頭去設置(range:bytes=0-499 )
            connection.setRequestProperty("range", "bytes="+startIndex+"-"+endIndex);
            connection.connect();
            //獲取響應碼，注意，由于服務器返回的是文件的一部分，因此響應碼不是200，而是206
            int responseCode = connection.getResponseCode();
            //判斷響應碼的值是否為206
            if (responseCode == 206) {
                //拿到目標段的數據
                InputStream is = connection.getInputStream();
                /**
                 * 7：創建一個RandomAccessFile對象，將返回的字節流寫到文件指定的范圍
                 */
                //獲取文件的信息
                String fileName = getFileName(path);
                //rw：表示創建的文件即可讀也可寫。
                RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("d:/"+fileName, "rw");
                /**
                 * 注意：讓raf寫字節流之前，需要移動raf到指定的位置開始寫
                 */
                raf.seek(startIndex);
                //將字節流數據寫到file文件中
                byte[] buffer = new byte[1024];
                int len = 0;
                while((len=is.read(buffer))!=-1){
                    raf.write(buffer, 0, len);
                }
                //關閉資源
                is.close();
                raf.close();
                System.out.println("第 "+ threadId +"條線程下載完成 !");

            } else {
                System.out.println("下載失敗，響應碼是："+responseCode);
            }

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

//獲取文件的名稱
private static String getFileName(String path){
    //http://localhost:8080/test.txt
    int index = path.lastIndexOf("/");
    String fileName = path.substring(index+1);
    return fileName ;
    }
}

示例代碼運行結果如下：

目標文件的總大小為：10B
CPU核數是：4
第0個線程，下載索引：0~2
第1個線程，下載索引：3~5
第2個線程，下載索引：6~9
第1個線程下載完成！
第2個線程下載完成！
第0個線程下載完成！

好了，本文寫到此為止。以上是我個人對多線程下載的初步理解，如有不妥之處，還望大家多多指點，感謝！讓我們共同學習，一起進步。