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六步实现JavaScript大型文件并行下载?

sifan10 0 5 次浏览 技术文章

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高级前端进阶

前言

相信有些小伙伴已经了解大文件上传的解决方案，在上传大文件时，为了提高上传效率，一般会使用 Blob.slice 方法对大文件按照指定的大小进行切割，然后再开启多线程进行分块上传，等所有分块都成功上传后，再通知服务端进行分块合并。

var blob = instanceOfBlob.slice([start [, end [, contentType]]]};

备注： 在某些浏览器和版本上具有供应商前缀：例如：Firefox 12 及更早版本的 blob.mozSlice() 和 Safari 中的 blob.webkitSlice(). slice() 方法的旧版本，没有供应商前缀，具有不同的语义，并且已过时。

那么对大文件下载来说，能否采用类似的思想呢？在服务端支持 Range 请求首部的条件下，也是可以实现多线程分块下载的功能，具体如下图所示：

看完上图相信对大文件下载的方案，已经有了一定的了解。接下来，我们先来介绍 HTTP Range 请求。

1.HTTP Range 请求

HTTP 协议 Range 请求允许服务器只发送 HTTP 消息的一部分到客户端。Range 请求在传送大的媒体文件，或者与文件下载的断点续传功能搭配使用时非常有用。如果在响应中存在 Accept-Ranges 首部（并且它的值不为 "none"），那么表示该服务器支持 Range 请求。

在一个 Range 首部中，可以一次性请求多个部分，服务器会以 multipart 文件的形式将其返回。如果服务器返回的是 Range 响应，需要使用 206 Partial Content 状态码。假如所请求的 Range 不合法，那么服务器会返回 416 Range Not Satisfiable 状态码，表示客户端错误。服务器允许忽略 Range 首部，从而返回整个文件，状态码用 200 。

Range 语法

Range: =-
Range: =-
Range: =-, -
Range: =-, -, -
  • unit：Range 请求所采用的单位，通常是字节（bytes）
  • ：一个整数，表示在特定单位下，Range 的起始值
  • ：一个整数，表示在特定单位下，Range 的结束值。这个值是可选的，如果不存在，表示此 Range 一直延伸到文档结束。

单一 Range

curl https://www.baidu.com/img/PCtm_d9c8750bed0b3c7d089fa7d55720d6cf.png -i -H "Range: bytes=0-1023"

输出结果如下：

多重 Range

curl http://www.baidu.com -i -H "Range: bytes=0-50, 100-150"

输出结果如下：

2 HTTP Range 大文件下载

2.1 定义辅助函数

2.1.1 getContentLength 函数

顾名思义, getContentLength 函数用于获取文件的长度。在该函数中，通过发送 HEAD 请求，然后从响应头中读取 Content-Length 的信息，进而获取当前 url 对应文件的内容长度。

function getContentLength(url) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    let xhr = new XMLHttpRequest();
    xhr.open('HEAD', url);
    // 发送HEAD请求
    xhr.send();
    xhr.onload = function () {
      resolve(~~xhr.getResponseHeader('Content-Length'));
      //   获取文件长度
    };
    xhr.onerror = reject;
  });
}

2.1.2 asyncPool 函数

asyncPool 函数用于实现异步任务的并发控制。该函数接收 3 个参数：

  • poolLimit（数字类型）：表示限制的并发数
  • array（数组类型）：表示任务数组；
  • iteratorFn（函数类型）：表示迭代函数，用于实现对每个任务项进行处理，该函数会返回一个 Promise 对象或异步函数。
async function asyncPool(poolLimit, array, iteratorFn) {
  const ret = [];
  // 存储所有的异步任务
  const executing = [];
  // 存储正在执行的异步任务
  for (const item of array) {
    const p = Promise.resolve().then(() => iteratorFn(item, array));
    ret.push(p);
    if (poolLimit <= array.length const e='p.then(()'> executing.splice(executing.indexOf(e), 1));
      executing.push(e);
      if (executing.length >= poolLimit) {
        // 等待较快的任务执行完成
        await Promise.race(executing);
      }
    }
  }
  return Promise.all(ret);
}

2.1.3 getBinaryContent 函数

getBinaryContent 函数用于根据传入的参数发起 Range 请求，从而下载指定 Range 内的文件数据块：

function getBinaryContent(url, start, end, i) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    try {
      let xhr = new XMLHttpRequest();
      xhr.open('GET', url, true);
      xhr.setRequestHeader('range', `bytes=${start}-${end}`);
      // 请求头上设置Range请求信息
      xhr.responseType = 'arraybuffer';
      // 设置返回的类型为arraybuffer
      xhr.onload = function () {
        resolve({
          index: i, // 文件块的索引
          buffer: xhr.response, // Range请求对应的数据
        });
      };
      xhr.send();
    } catch (err) {
      reject(new Error(err));
    }
  });
}

需要注意的是：ArrayBuffer 对象用来表示通用的、固定长度的原始二进制数据缓冲区。不能直接操作 ArrayBuffer 的内容，而是要通过类型数组对象或 DataView 对象来操作，它们会将缓冲区中的数据表示为特定的格式，并通过这些格式来读写缓冲区的内容。

2.1.4 concatenate 函数

由于不能直接操作 ArrayBuffer 对象，所以需要先把 ArrayBuffer 对象转换为 Uint8Array 对象，然后在执行合并操作。以下定义的 concatenate 函数就是为了合并已下载的文件数据块，具体代码如下所示：

function concatenate(arrays) {
  if (!arrays.length) return null;
  let totalLength = arrays.reduce((acc, value) => acc + value.length, 0);
  let result = new Uint8Array(totalLength);
  let length = 0;
  for (let array of arrays) {
    result.set(array, length);
    length += array.length;
  }
  return result;
}

2.1.5 saveAs 函数

saveAs 函数用于实现客户端文件保存的功能，这里只是一个简单的实现。在实际项目中，可以考虑直接使用 FileSaver.js，具体使用可以阅读文末参考文献。

function saveAs({ name, buffers, mime = 'application/octet-stream' }) {
  const blob = new Blob([buffers], { type: mime });
  // 创建Blob
  const blobUrl = URL.createObjectURL(blob);
  // 实例化
  const a = document.createElement('a');
  a.download = name || Math.random();
  a.href = blobUrl;
  a.click();
  URL.revokeObjectURL(blob);
}

在 saveAs 函数中，使用了 Blob 和 Object URL。其中 Object URL 是一种伪协议，允许 Blob 和 File 对象用作图像，下载二进制数据链接等的 URL 源。在浏览器中，使用 URL.createObjectURL 方法来创建 Object URL，该方法接收一个 Blob 对象，并为其创建一个唯一的 URL，其形式为 blob:/，对应的示例如下：

blob:https://example.org/40a5fb5a-d56d-4a33-b4e2-0acf6a8e5f641

浏览器内部为每个通过 URL.createObjectURL 生成的 URL 存储了一个 URL → Blob 映射。因此，此类 URL 较短，但可以访问 Blob。生成的 URL 仅在当前文档打开的状态下才有效。

2.1.6 定义 download 函数

download 函数用于实现下载操作，它支持 3 个参数：

  • url（字符串类型）：预下载资源的地址
  • chunkSize（数字类型）：分块的大小，单位为字节
  • poolLimit（数字类型）：表示限制的并发数
async function download({ url, chunkSize, poolLimit = 1 }) {
  const contentLength = await getContentLength(url);
  const chunks =
    typeof chunkSize === 'number' ? Math.ceil(contentLength / chunkSize) : 1;
  const results = await asyncPool(
    poolLimit,
    [...new Array(chunks).keys()],
    (i) => {
      let start = i * chunkSize;
      let end = i + 1 == chunks ? contentLength - 1 : (i + 1) * chunkSize - 1;
      return getBinaryContent(url, start, end, i);
    }
  );
  const sortedBuffers = results.map((item) => new Uint8Array(item.buffer));
  return concatenate(sortedBuffers);
}

2.2 大文件下载使用示例

基于定义的辅助函数，就可以轻松地实现大文件并行下载，具体代码如下所示：

function multiThreadedDownload() {
  const url = document.querySelector('#fileUrl').value;
  if (!url || !/https?/.test(url)) return;
  console.log('multi threaded download start: ' + +new Date());
  download({
    url,
    chunkSize: 0.1 * 1024 * 1024,
    poolLimit: 6,
  }).then((buffers) => {
    console.log('multi threaded download end: ' + +new Date());
    saveAs({ buffers, name: 'myzip', mime: 'application/zip' });
  });
}

完整代码请查看文末参考文献。

3.总结

本文介绍了在 JavaScript 中如何利用 async-pool 这个库提供的 asyncPool 函数来实现大文件的并行下载。除了介绍 asyncPool 函数之外，文章还介绍了如何通过 HEAD 请求获取文件大小、如何发起 HTTP Range 请求及在客户端如何保存文件等相关知识。其实利用 asyncPool 函数不仅可以实现大文件的并行下载，而且还可以实现大文件的并行上传，感兴趣的小伙伴可以自行尝试一下。

参考资料

https://blog.bitsrc.io/implement-concurrent-download-of-large-files-in-javascript-4e94202c5373

https://github.com/eligrey/FileSaver.js

https://mp.weixin.qq.com/s/lQKTCS_QB0E62SK9oXD4LA

https://gist.github.com/semlinker/837211c039e6311e1e7629e5ee5f0a42

https://juejin.cn/post/69548688790341

https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/Blob/slice

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