Java web开发——文件的上传和下载

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一、功能性需求与非功能性需求

要求操作便利，一次选择多个文件和文件夹进行上传；
支持PC端全平台操作系统，Windows,Linux,Mac

支持文件和文件夹的批量下载，断点续传。刷新页面后继续传输。关闭浏览器后保留进度信息。

支持文件夹批量上传下载，服务器端保留文件夹层级结构，服务器端文件夹层级结构与本地相同。

支持大文件批量上传（20G）和下载，同时需要保证上传期间用户电脑不出现卡死等体验；
支持文件夹上传，文件夹中的文件数量达到1万个以上，且包含层级结构。

支持断点续传，关闭浏览器或刷新浏览器后仍然能够保留进度。

支持文件夹结构管理，支持新建文件夹，支持文件夹目录导航

交互友好，能够及时反馈上传的进度；

服务端的安全性，不因上传文件功能导致JVM内存溢出影响其他功能使用；

最大限度利用网络上行带宽，提高上传速度；

二、设计分析

对于大文件的处理，无论是用户端还是服务端，如果一次性进行读取发送、接收都是不可取，很容易导致内存问题。所以对于大文件上传，采用切块分段上传

从上传的效率来看，利用多线程并发上传能够达到最大效率。

三、解决方案：

文件上传页面的前端可以选择使用一些比较好用的上传组件，例如百度的开源组件WebUploader，泽优软件的up6，这些组件基本能满足文件上传的一些日常所需功能，如异步上传文件，文件夹，拖拽式上传，黏贴上传，上传进度监控，文件缩略图，甚至是大文件断点续传，大文件秒传。

在web项目中上传文件夹现在已经成为了一个主流的需求。在OA，或者企业ERP系统中都有类似的需求。上传文件夹并且保留层级结构能够对用户行成很好的引导，用户使用起来也更方便。能够提供更高级的应用支撑。

文件夹数据表结构

CREATE TABLE IF NOT EXISTS `up6_folders` (

`f_id` char(32) NOT NULL ,

`f_nameLoc` varchar(255) default '',

`f_pid` char(32) default '',

`f_uid` int(11) default '0',

`f_lenLoc` bigint(19) default '0',

`f_sizeLoc` varchar(50) default '0',

`f_pathLoc` varchar(255) default '',

`f_pathSvr` varchar(255) default '',

`f_pathRel` varchar(255) default '',

`f_folders` int(11) default '0',

`f_fileCount` int(11) default '0',

`f_filesComplete` int(11) default '0',

`f_complete` tinyint(1) default '0',

`f_deleted` tinyint(1) default '0',

`f_time` timestamp NULL default CURRENT_TIMESTAMP on update CURRENT_TIMESTAMP,

`f_pidRoot` char(32) default '',

PRIMARY KEY (`f_id`)

) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 AUTO_INCREMENT=1 ;

文件数据表结构

CREATE TABLE IF NOT EXISTS `up6_files` (

`f_id` char(32) NOT NULL,

`f_pid` char(32) default '', /*父级文件夹ID*/

`f_pidRoot` char(32) default '', /*根级文件夹ID*/

`f_fdTask` tinyint(1) default '0', /*是否是一条文件夹信息*/

`f_fdChild` tinyint(1) default '0', /*是否是文件夹中的文件*/

`f_uid` int(11) default '0',

`f_nameLoc` varchar(255) default '', /*文件在本地的名称（原始文件名称）*/

`f_nameSvr` varchar(255) default '', /*文件在服务器的名称*/

`f_pathLoc` varchar(512) default '', /*文件在本地的路径*/

`f_pathSvr` varchar(512) default '', /*文件在远程服务器中的位置*/

`f_pathRel` varchar(512) default '',

`f_md5` varchar(40) default '', /*文件MD5*/

`f_lenLoc` bigint(19) default '0', /*文件大小*/

`f_sizeLoc` varchar(10) default '0', /*文件大小（格式化的）*/

`f_pos` bigint(19) default '0', /*续传位置*/

`f_lenSvr` bigint(19) default '0', /*已上传大小*/

`f_perSvr` varchar(7) default '0%', /*已上传百分比*/

`f_complete` tinyint(1) default '0', /*是否已上传完毕*/

`f_time` timestamp NULL default CURRENT_TIMESTAMP on update CURRENT_TIMESTAMP,

`f_deleted` tinyint(1) default '0',

`f_scan` tinyint(1) default '0',

PRIMARY KEY (`f_id`)

) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 AUTO_INCREMENT=1 ;

该项目核心就是文件分块上传。前后端要高度配合，需要双方约定好一些数据，才能完成大文件分块，我们在项目中要重点解决的以下问题。

* 如何分片；

* 如何合成一个文件；

* 中断了从哪个分片开始。

如何分，利用强大的js库，来减轻我们的工作，市场上已经能有关于大文件分块的轮子，虽然程序员的天性曾迫使我重新造轮子。但是因为时间的关系还有工作的关系，我只能罢休了。最后我选择了百度的WebUploader来实现前端所需。

如何合，在合之前，我们还得先解决一个问题，我们如何区分分块所属那个文件的。刚开始的时候，我是采用了前端生成了唯一uuid来做文件的标志，在每个分片请求上带上。不过后来在做秒传的时候我放弃了，采用了Md5来维护分块和文件关系。

在服务端合并文件，和记录分块的问题，在这方面其实行业已经给了很好的解决方案了。参考迅雷，你会发现，每次下载中的时候，都会有两个文件，一个文件主体，另外一个就是文件临时文件，临时文件存储着每个分块对应字节位的状态。

这些都是需要前后端密切联系才能做好，前端需要根据固定大小对文件进行分片，并且请求中要带上分片序号和大小。前端发送请求顺利到达后台后，服务器只需要按照请求数据中给的分片序号和每片分块大小（分片大小是固定且一样的）算出开始位置，与读取到的文件片段数据，写入文件即可。

为了便于开发，我将服务端的业务逻辑进行了如下划分，分成初始化，块处理，文件上传完毕等。

服务端的业务逻辑模块如下

功能分析：

文件夹生成模块

文件夹上传完毕后由服务端进行扫描代码如下

public class fd_scan

{

DbHelper db;

Connection con;

PreparedStatement cmd_add_f = null;

PreparedStatement cmd_add_fd = null;

public FileInf root = null;//根节点

public fd_scan()

{

this.db = new DbHelper();

this.con = this.db.GetCon();

}

public void makeCmdF()

{

StringBuilder sb = new StringBuilder();

sb.append("insert into up6_files (");

sb.append(" f_id");//1

sb.append(",f_pid");//2

sb.append(",f_pidRoot");//3

sb.append(",f_fdTask");//4

sb.append(",f_fdChild");//5

sb.append(",f_uid");//6

sb.append(",f_nameLoc");//7

sb.append(",f_nameSvr");//8

sb.append(",f_pathLoc");//9

sb.append(",f_pathSvr");//10

sb.append(",f_pathRel");//11

sb.append(",f_md5");//12

sb.append(",f_lenLoc");//13

sb.append(",f_sizeLoc");//14

sb.append(",f_lenSvr");//15

sb.append(",f_perSvr");//16

sb.append(",f_complete");//17

sb.append(") values(");

sb.append(" ?");

sb.append(",?");

sb.append(")");

try {

this.cmd_add_f = this.con.prepareStatement(sb.toString());

this.cmd_add_f.setString(1, "");//id

this.cmd_add_f.setString(2, "");//pid

this.cmd_add_f.setString(3, "");//pidRoot

this.cmd_add_f.setBoolean(4, true);//fdTask

this.cmd_add_f.setBoolean(5, false);//f_fdChild

this.cmd_add_f.setInt(6, 0);//f_uid

this.cmd_add_f.setString(7, "");//f_nameLoc

this.cmd_add_f.setString(8, "");//f_nameSvr

this.cmd_add_f.setString(9, "");//f_pathLoc

this.cmd_add_f.setString(10, "");//f_pathSvr

this.cmd_add_f.setString(11, "");//f_pathRel

this.cmd_add_f.setString(12, "");//f_md5

this.cmd_add_f.setLong(13, 0);//f_lenLoc

this.cmd_add_f.setString(14, "");//f_sizeLoc

this.cmd_add_f.setLong(15, 0);//f_lenSvr

this.cmd_add_f.setString(16, "");//f_perSvr

this.cmd_add_f.setBoolean(17, true);//f_complete

} catch (SQLException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

public void makeCmdFD()

{

StringBuilder sb = new StringBuilder();

sb.append("insert into up6_folders (");

sb.append(" f_id");//1

sb.append(",f_pid");//2

sb.append(",f_pidRoot");//3

sb.append(",f_nameLoc");//4

sb.append(",f_uid");//5

sb.append(",f_pathLoc");//6

sb.append(",f_pathSvr");//7

sb.append(",f_pathRel");//8

sb.append(",f_complete");//9

sb.append(") values(");//

sb.append(" ?");

sb.append(",?");

sb.append(")");

try {

this.cmd_add_fd = this.con.prepareStatement(sb.toString());

this.cmd_add_fd.setString(1, "");//id

this.cmd_add_fd.setString(2, "");//pid

this.cmd_add_fd.setString(3, "");//pidRoot

this.cmd_add_fd.setString(4, "");//name

this.cmd_add_fd.setInt(5, 0);//f_uid

this.cmd_add_fd.setString(6, "");//pathLoc

this.cmd_add_fd.setString(7, "");//pathSvr

this.cmd_add_fd.setString(8, "");//pathRel

this.cmd_add_fd.setBoolean(9, true);//complete

} catch (SQLException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

protected void GetAllFiles(FileInf inf,String root)

{

File dir = new File(inf.pathSvr);

File [] allFile = dir.listFiles();

for(int i = 0; i < allFile.length; i++)

{

if(allFile[i].isDirectory())

{

FileInf fd = new FileInf();

String uuid = UUID.randomUUID().toString();

uuid = uuid.replace("-", "");

fd.id = uuid;

fd.pid = inf.id;

fd.pidRoot = this.root.id;

fd.nameSvr = allFile[i].getName();

fd.nameLoc = fd.nameSvr;

fd.pathSvr = allFile[i].getPath();

fd.pathSvr = fd.pathSvr.replace("\\", "/");

fd.pathRel = fd.pathSvr.substring(root.length() + 1);

fd.perSvr = "100%";

fd.complete = true;

this.save_folder(fd);

this.GetAllFiles(fd, root);

}

else

{

FileInf fl = new FileInf();

String uuid = UUID.randomUUID().toString();

uuid = uuid.replace("-", "");

fl.id = uuid;

fl.pid = inf.id;

fl.pidRoot = this.root.id;

fl.nameSvr = allFile[i].getName();

fl.nameLoc = fl.nameSvr;

fl.pathSvr = allFile[i].getPath();

fl.pathSvr = fl.pathSvr.replace("\\", "/");

fl.pathRel = fl.pathSvr.substring(root.length() + 1);

fl.lenSvr = allFile[i].length();

fl.lenLoc = fl.lenSvr;

fl.perSvr = "100%";

fl.complete = true;

this.save_file(fl);

}

protected void save_file(FileInf f)

{

try {

this.cmd_add_f.setString(1, f.id);//id

this.cmd_add_f.setString(2, f.pid);//pid

this.cmd_add_f.setString(3, f.pidRoot);//pidRoot

this.cmd_add_f.setBoolean(4, f.fdTask);//fdTask

this.cmd_add_f.setBoolean(5, true);//f_fdChild

this.cmd_add_f.setInt(6, f.uid);//f_uid

this.cmd_add_f.setString(7, f.nameLoc);//f_nameLoc

this.cmd_add_f.setString(8, f.nameSvr);//f_nameSvr

this.cmd_add_f.setString(9, f.pathLoc);//f_pathLoc

this.cmd_add_f.setString(10, f.pathSvr);//f_pathSvr

this.cmd_add_f.setString(11, f.pathRel);//f_pathRel

this.cmd_add_f.setString(12, f.md5);//f_md5

this.cmd_add_f.setLong(13, f.lenLoc);//f_lenLoc

this.cmd_add_f.setString(14, f.sizeLoc);//f_sizeLoc

this.cmd_add_f.setLong(15, f.lenSvr);//f_lenSvr

this.cmd_add_f.setString(16, f.perSvr);//f_perSvr

this.cmd_add_f.setBoolean(17, f.complete);//f_complete

this.cmd_add_f.executeUpdate();

} catch (SQLException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}//

}

protected void save_folder(FileInf f)

{

try {

this.cmd_add_fd.setString(1, f.id);//id

this.cmd_add_fd.setString(2, f.pid);//pid

this.cmd_add_fd.setString(3, f.pidRoot);//pidRoot

this.cmd_add_fd.setString(4, f.nameSvr);//name

this.cmd_add_fd.setInt(5, f.uid);//f_uid

this.cmd_add_fd.setString(6, f.pathLoc);//pathLoc

this.cmd_add_fd.setString(7, f.pathSvr);//pathSvr

this.cmd_add_fd.setString(8, f.pathRel);//pathRel

this.cmd_add_fd.setBoolean(9, f.complete);//complete

this.cmd_add_fd.executeUpdate();

} catch (SQLException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

public void scan(FileInf inf, String root) throws IOException, SQLException

{

this.makeCmdF();

this.makeCmdFD();

this.GetAllFiles(inf, root);

this.cmd_add_f.close();

this.cmd_add_fd.close();

this.con.close();

}

分块上传，分块处理逻辑应该是最简单的逻辑了，up6已经将文件进行了分块，并且对每个分块数据进行了标识，这些标识包括文件块的索引，大小，偏移，文件MD5，文件块MD5（需要开启）等信息，服务端在接收这些信息后便可以非常方便的进行处理了。比如将块数据保存到分布式存储系统中

分块上传可以说是我们整个项目的基础，像断点续传、暂停这些都是需要用到分块。

分块这块相对来说比较简单。前端是采用了webuploader，分块等基础功能已经封装起来，使用方便。

借助webUpload提供给我们的文件API,前端就显得异常简单。

前台HTML模板

this.GetHtmlFiles = function()

{

var acx = "";

acx += '<div class="file-item" id="tmpFile" name="fileItem">\

<div class="img-box"><img name="file" src="js/file.png"/></div>\

<div class="area-l">\

<div class="file-head">\

<div name="fileName" class="name">HttpUploader程序开发.pdf</div>\

<div name="percent" class="percent">(35%)</div>\

<div name="fileSize" class="size" child="1">1000.23MB</div>\

</div>\

<div class="process-border"><div name="process" class="process"></div></div>\

<div name="msg" class="msg top-space">15.3MB 20KB/S 10:02:00</div>\

</div>\

<div class="area-r">\

<span class="btn-box" name="cancel" title="取消"><img name="stop" src="js/stop.png"/><div>取消</div></span>\

<span class="btn-box hide" name="post" title="继续"><img name="post" src="js/post.png"/><div>继续</div></span>\

<span class="btn-box hide" name="stop" title="停止"><img name="stop" src="js/stop.png"/><div>停止</div></span>\

<span class="btn-box hide" name="del" title="删除"><img name="del" src="js/del.png"/><div>删除</div></span>\

</div>';

acx += '</div>';

acx += '<div class="file-item" name="folderItem">\

<div class="img-box"><img name="folder" src="js/folder.png"/></div>\

<div class="area-l">\

<div class="file-head">\

<div name="fileName" class="name">HttpUploader程序开发.pdf</div>\

<div name="percent" class="percent">(35%)</div>\

<div name="fileSize" class="size" child="1">1000.23MB</div>\

</div>\

<div class="process-border top-space"><div name="process" class="process"></div></div>\

<div name="msg" class="msg top-space">15.3MB 20KB/S 10:02:00</div>\

</div>\

<div class="area-r">\

<span class="btn-box" name="cancel" title="取消"><img name="stop" src="js/stop.png"/><div>取消</div></span>\

<span class="btn-box hide" name="post" title="继续"><img name="post" src="js/post.png"/><div>继续</div></span>\

<span class="btn-box hide" name="stop" title="停止"><img name="stop" src="js/stop.png"/><div>停止</div></span>\

<span class="btn-box hide" name="del" title="删除"><img name="del" src="js/del.png"/><div>删除</div></span>\

</div>';

acx += '</div>';

acx += '<div class="files-panel" name="post_panel">\

<div name="post_head" class="toolbar">\

<span class="btn" name="btnAddFiles">选择多个文件</span>\

<span class="btn" name="btnAddFolder">选择文件夹</span>\

<span class="btn" name="btnPasteFile">粘贴文件和目录</span>\

<span class="btn" name="btnSetup">安装控件</span>\

</div>\

<div class="content" name="post_content">\

<div name="post_body" class="file-post-view"></div>\

</div>\

<div class="footer" name="post_footer">\

<span class="btn-footer" name="btnClear">清除已完成文件</span>\

</div>\

</div>';

return acx;

};

分则必合。把大文件分片了，但是分片了就没有原本文件功能，所以我们要把分片合成为原本的文件。我们只需要把分片按原本位置写入到文件中去。因为前面原理那一部我们已经讲到了，我们知道分块大小和分块序号，我就可以知道该分块在文件中的起始位置。所以这里使用RandomAccessFile是明智的，RandomAccessFile能在文件里面前后移动。但是在andomAccessFile的绝大多数功能，已经被JDK1.4的NIO的“内存映射文件(memory-mapped files)”取代了。我在该项目中分别写了使用RandomAccessFile与MappedByteBuffer来合成文件。分别对应的方法是uploadFileRandomAccessFile和uploadFileByMappedByteBuffer。两个方法代码如下。

秒传功能

服务端逻辑

秒传功能，相信大家都体现过了，网盘上传的时候，发现上传的文件秒传了。其实原理稍微有研究过的同学应该知道，其实就是检验文件MD5，记录下上传到系统的文件的MD5,在一个文件上传前先获取文件内容MD5值或者部分取值MD5，然后在匹配系统上的数据。

Breakpoint-http实现秒传原理，客户端选择文件之后，点击上传的时候触发获取文件MD5值，获取MD5后调用系统一个接口（/index/checkFileMd5），查询该MD5是否已经存在（我在该项目中用redis来存储数据，用文件MD5值来作key，value是文件存储的地址。）接口返回检查状态，然后再进行下一步的操作。相信大家看代码就能明白了。

嗯，前端的MD5取值也是用了webuploader自带的功能，这还是个不错的工具。

控件计算完文件MD5后会触发md5_complete事件，并传值md5，开发者只需要处理这个事件即可，

断点续传

up6已经自动对断点续传进行了处理，不需要开发都再进行单独的处理。

在f_post.jsp中接收这些参数，并进行处理，开发者只需要关注业务逻辑，不需要关注其它的方面。

断点续传，就是在文件上传的过程中发生了中断，人为因素（暂停）或者不可抗力（断网或者网络差）导致了文件上传到一半失败了。然后在环境恢复的时候，重新上传该文件，而不至于是从新开始上传的。

前面也已经讲过，断点续传的功能是基于分块上传来实现的，把一个大文件分成很多个小块，服务端能够把每个上传成功的分块都落地下来，客户端在上传文件开始时调用接口快速验证，条件选择跳过某个分块。

实现原理，就是在每个文件上传前，就获取到文件MD5取值，在上传文件前调用接口（/index/checkFileMd5，没错也是秒传的检验接口）如果获取的文件状态是未完成，则返回所有的还没上传的分块的编号，然后前端进行条件筛算出哪些没上传的分块，然后进行上传。

当接收到文件块后就可以直接写入到服务器的文件中

这是文件夹上传完后的效果