Android多线程断点续传下载原理及实现，移动开发工程师简历

RandomAccessFile 文件写入

下面再讲讲文件写入问题，由于我们是多线程下载，因此文件并不是每次都是从前往后一个个字节写入的，随时可能在文件的任何一个地方写入数据。因此我们需要能够在文件的指定位置写入数据。这里我们用到了RandomAccessFile 来实现这个功能。

RandomAccessFile 是一个随机访问文件类，同时整合了 FileOutputStream 和 FileInputStream，支持从文件的任何字节处读写数据。通过它我们就可以在文件的任何字节处写入数据。

接下来简单讲讲我们这里是如何使用 RandomAccessFile 的。我们对于每个子任务来说都有一个开始和结束的位置。每个任务都可以通过 RandomAccessFile::seek 跳转到文件的对应字节位置，然后从该位置开始读取 InputStream 并写入。

这样，就实现了不同线程对文件的随机写入。

文件大小的获取

由于我们在真正开始下载之前，我们需要先将任务分配到各个线程，因此我们需要先了解到文件的大小。

为了获取到文件的大小，我们用到 Response Headers 中的 Content-Length 字段。

如下图所示，可以看到，打开该下载请求的链接后，Response Headers 中包含了我们需要的 Content-Length，也就是该文件的大小，单位是字节。

断点续传原理

对于多个子任务，我们如何实现它们的断点续传呢？

其实原理很简单，只需要保证每个子任务的下载进度能够被

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即时地记录即可。这样继续下载时只需要读取这些下载记录，从上次下载结束的位置开始下载即可。

它的实现有很多方式，只要能做到数据持久化即可。这里我使用的是数据库来实现。

这样，我们的子任务需要拥有一些必要的信息

completedSize：当前下载完成大小
taskSize：子任务总大小
startPos：子任务开始位置
currentPos：子任务进行到的位置
endPos：子任务结束位置

通过这些信息，我们就能够记录子任务的下载进度从而恢复我们之前的下载，实现断点续传。

代码实现

下面我们用代码来实现这样一个多线程下载功能。

下载状态

首先，我们定义一下下载中的各个状态：

public class DownloadStatus {
public static final int IDLE = 233; // 空闲，默认状态
public static final int COMPLETED = 234; // 完成
public static final int DOWNLOADING = 235; // 下载中
public static final int PAUSE = 236; // 暂停
public static final int ERROR = 237; // 出错
}

可以看到，这里定义了如上的五种状态。

基本辅助类的抽象

这里需要用到如数据库及 HTTP 请求的功能，我们这里定义其接口如下，具体实现各位可以根据需要自己实现：

数据库辅助类

public interface DownloadDbHelper {
/**

从数据库中删除子任务记录
@param task 子任务记录
*/
void delete(SubDownloadTask task);

/**

向数据库中插入子任务记录
@param task 子任务记录
*/
void insert(SubDownloadTask task);

/**

在数据库中更新子任务记录
@param task 子任务记录
*/
void update(SubDownloadTask task);

/**

获取所有指定Task下的子任务记录
@param taskTag Task的Tag
@return 子任务记录
*/
List queryByTaskTag(String taskTag);
}

Http 辅助类

public interface DownloadHttpHelper {

/**

获取文件总长度
@param url 下载url
@param callback 获取文件长度CallBack
*/
void getTotalSize(String url, NetCallback callback);

/**

获取InputStream
@param url 下载url
@param start 开始位置
@param end 结束位置
@param callback 获取字节流的CallBack
*/
void getStreamByRange(String url, long start, long end, NetCallback callback);
}

子任务实现

成员变量及解释

我们先从上到下，从子任务开始实现。在我的设计中，它具有如下的成员变量：

@Entity
public class SubDownloadTask implements Runnable {
public static final int BUFFER_SIZE = 1024 * 1024;
private static final String TAG = SubDownloadTask.class.getSimpleName();

@Id
private Long id;
private String url; // 文件下载的 url
private String taskTag; // 父任务的 Tag
private long taskSize; // 子任务大小
private long completedSize; // 子任务完成大小
private long startPos; // 开始位置
private long currentPos; // 当前位置
private long endPos; // 结束位置
private volatile int status; // 当前下载状态
@Transient
private SubDownloadListener listener; // 子任务下载监听，主要用于提示父任务
@Transient
private File saveFile; // 要保存到的文件

…
}

由于这里的数据库的操作是用 GreenDao 实现，因此这里有一些相关注解，各位可以忽略。

`InputStream` 获取

可以看到，子任务是一个 Runnable，我们可以通过其 run 方法开始下载，这样就可以通过如 ExecutorService 来开启多个线程执行子任务。

我们看到其 run 方法：

@Override
public void run() {
status = DownloadStatus.DOWNLOADING;
DownloadManager.getInstance()
.getHttpHelper()
.getStreamByRange(url, currentPos, endPos, new NetCallback() {
@Override
public void onResult(InputStream inputStream) {
listener.onSubStart();
writeFile(inputStream);
}
@Override
public void onError(String message) {
listener.onSubError(“文件流获取失败”);
status = DownloadStatus.ERROR;
}
});
}

可以看到，我们获取了其从 currentPos 到 endPos 端的字节流，通过其 Response Body 拿到了它的 InputStream，然后调用了 writeFile(InputStream) 方法进行文件的写入。

文件写入
接下来看到 writeFile 方法：

private void writeFile(InputStream in) {
try {
RandomAccessFile file = new RandomAccessFile(saveFile, “rwd”); // 通过 saveFile 建立RandomAccessFile
file.seek(currentPos); // 跳转到对应位置

byte[] buffer = new byte[BUFFER_SIZE];
while (true) {
// 循环读取 InputStream，直到暂停或读取结束
if (status != DownloadStatus.DOWNLOADING) {
// 状态不为 DOWNLOADING，停止下载
break;
}

int offset = in.read(buffer, 0, BUFFER_SIZE);
if (offset == -1) {
// 读取不到数据，说明读取结束
break;
}

// 将读取到的数据写入文件
file.write(buffer, 0, offset);
// 下载数据并在数据库中更新
currentPos += offset;
completedSize += offset;
DownloadManager.getInstance()
.getDbHelper()
.update(this);
// 通知父任务下载进度
listener.onSubDownloading(offset);
}
if(status == DownloadStatus.DOWNLOADING) {
// 下载完成
status = DownloadStatus.COMPLETED;
// 通知父任务下载完成
listener.onSubComplete(completedSize);
}
file.close();
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
listener.onSubError(“文件下载失败”);
status = DownloadStatus.ERROR;
resetTask();
}
}

具体流程可以看代码中的注释。可以看到，子任务实际上就是循环读取 InputStream，并写入文件，同时将下载进度同步到数据库。

父任务实现

父任务也就是我们具体的下载任务，我们同样先看到成员变量：

public class DownloadTask implements SubDownloadListener {
private static final String TAG = DownloadTask.class.getSimpleName();
private String tag; // 下载任务的 Tag，用于区分不同下载任务
private String url; // 下载 url
private String savePath; // 保存路径
private String fileName; // 保存文件名
private DownloadListener listener; // 下载监听
private long completeSize; // 下载完成大小
private long totalSize; // 下载任务总大小
private int status; // 当前下载进度
private int threadNum; // 线程数（由外部设置的每个任务的下载线程数）
private File file; // 保存文件
private List subTasks; // 子任务列表
private ExecutorService mExecutorService; // 线程池，用于执行子任务

…
}

下载功能

对于一个下载任务，可以通过 download 方法开始执行：

public void download() {
listener.onStart();
subTasks = querySubTasks();
status = DownloadStatus.DOWNLOADING;
if (subTasks.isEmpty()) {
// 是新任务
downloadNewTask();
} else if (subTasks.size() == threadNum) {
// 不是新任务
downloadExistTask();
} else {
// 不是新任务，但下载线程数有误
listener.onError(“断点数据有误”);
resetTask();
}
}

可以看到，我们先将子任务列表从数据库中读取出来。

如果子任务列表为空，则说明还没有下载记录，也就是说是一个新任务，调用 downloadNewTask 方法。
如果子任务列表大小等于线程数，则说明其不是新任务，调用 downloadExistTask 方法。
如果子任务列表大小不等于线程数，说明当前的下载记录已不可用，于是重置下载任务，从新下载。

下载新任务

我们先看到 downloadNewTask 方法：

DownloadManager.getInstance()
.getHttpHelper()
.getTotalSize(url, new NetCallback() {
@Override
public void onResult(Long total) {
completeSize = 0L;
totalSize = total;
initSubTasks();
startAsyncDownload();
}

@Override
public void onError(String message) {
error(“获取文件长度失败”);
}
});

可以看到，获取到总长度后，通过调用 initSubTasks 方法，对子任务列表进行了初始化（计算子任务长度等），然后调用了 startAsyncDownload 方法后通过 ExecutorService 运行子任务进入子任务进行下载。

我们看到 initSubTasks 方法：

private void initSubTasks() {
long averageSize = totalSize / threadNum;
for (int taskIndex = 0; taskIndex < threadNum; taskIndex++) {
long taskSize = averageSize;
if (taskIndex == threadNum - 1) {
// 最后一个任务，则 size 还需要加入剩余量
taskSize += totalSize % threadNum;
}
long start = 0L;
int index = taskIndex;
while (index > 0) {
start += subTasks.get(index - 1).getTaskSize();
index–;
}
long end = start + taskSize - 1; // 注意这里
SubDownloadTask subTask = new SubDownloadTask();
subTask.setUrl(url);
subTask.setStatus(DownloadStatus.IDLE);
subTask.setTaskTag(tag);
subTask.setCompletedSize(0);
subTask.setTaskSize(taskSize);
subTask.setStartPos(start);
subTask.setCurrentPos(start);
subTask.setEndPos(end);
subTask.setSaveFile(file);
subTask.setListener(this);
DownloadManager.getInstance()
.getDbHelper()
.insert(subTask);
subTasks.add(subTask);
}
}

可以看到就是计算每个任务的大小及开始及结束点的位置，这里要注意的是 endPos 需要 -1，否则各个任务的下载位置会重叠，并且最后一个任务会多下载一个字节导致如文件损坏等影响。具体原因就是比如一个大小为 500 的文件，则应当是 0-499 而不是 0-500。

恢复旧任务

接下来我们看看 downloadExistTask 方法：

private void downloadExistTask() {
// 不是新任务，且下载线程数无误，计算已下载大小
completeSize = countCompleteSize();
totalSize = countTotalSize();
startAsyncDownload();
}

这里其实很简单，遍历子任务列表计算已下载量及总任务量，并调用 startAsyncDownload 开始多线程下载。

执行子任务

具体执行子任务我们可以看到 startAsyncDownload 方法：

private void startAsyncDownload() {
for (SubDownloadTask subTask : subTasks) {
if (subTask.getCompletedSize() < subTask.getTaskSize()) {
// 只下载没有下载结束的子任务
mExecutorService.execute(subTask);
}
}
}

可以看到，这里其实只是通过 ExecutorService 执行对应子任务（Runnable）而已。

####暂停功能
我们接下来看到 pause 方法：

public void pause() {
stopAsyncDownload();
status = DownloadStatus.PAUSE;
listener.onPause();
}

可以看到，这里只是调用了 stopAsyncDownload 方法停止子任务。

看到 stopAsyncDownload 方法：
() < subTask.getTaskSize()) {
// 只下载没有下载结束的子任务
mExecutorService.execute(subTask);
}
}
}

可以看到，这里其实只是通过 ExecutorService 执行对应子任务（Runnable）而已。

####暂停功能
我们接下来看到 pause 方法：

public void pause() {
stopAsyncDownload();
status = DownloadStatus.PAUSE;
listener.onPause();
}

可以看到，这里只是调用了 stopAsyncDownload 方法停止子任务。

看到 stopAsyncDownload 方法：