HTTP 如何传输大文件——一种解决思路

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-11-27 06:47 184阅读 0赞

最近面试被问到了大文件传输的解决方案，了解不够深入，上网上查了一些解决方案，记录一下：

### 数据压缩 ###

浏览器在发送请求时都会带着 Accept-Encoding 头字段，里面是浏览器支持的压缩格式列表，例如 gzip、deflate、br 等，这样服务器就可以从中选择一种压缩算法，放进 Content-Encoding 响应头里，再把原数据压缩后发给浏览器。

如果压缩率有 50%，那么 100k 的数据压完之后只剩 50k，相当于在带宽不变的情况下网速快了一倍。

这些压缩算法有一个缺点，通常只对文本文件有较好的压缩率，像图片、音频、视频等多媒体数据本身就已经是高度压缩的，再压缩不仅不会变小，还有可能变大。

### 分块传输 ###

除了压缩文件之外，另一种办法就是分块传输。它们的原理差不多，都是把大文件变小传输。分块传输会把一个大文件切成很多小块，把这些小块依次发给浏览器，浏览器收到之后再组装复原。这样浏览器和服务器都不用在内存中保存全部文件，每次只收发一小部分，网络也不会被大文件长时间占用，内存、带宽等资源也就节省下来了。

具体实现是在 response 响应报文里用头字段 Transfer-Encoding: chunked 来表示，表示报文里的 body 部分不是一次性发过来的，而是分成了许多的块（chunk）逐个发送。当 chunk 为 0 时说明是最后一个，传输结束。

Transfer-Encoding 和 Content-Length 两个字段是互斥的，不能同时出现。一个响应报文的长度要么是已知的，要么是未知的。

### 范围请求 ###

为什么会有范围请求？

你看电影时，想跳过开头直接看正片，这实际上是想获取一个大文件其中的片段数据，而分块传输没有这个能力。

HTTP 协议为了满足这种需求，提出了「范围请求」的概念，允许客户端在请求头里使用专用字段来表示只获取文件的一部分。

范围请求不是 Web 服务器必须实现的功能，所以服务器必须在响应头里使用字段 「Accept-Ranges: bytes 」明确告知客户端自己支持范围请求。如果不支持的话，服务器就会发送「Accept-Ranges：none」或者不发送此字段。这样客户端就只能收发整块文件了。

请求头 Range 是 HTTP 范围请求的专用字段，格式是“bytes=x-y”，其中的 x 和 y 是以字节为单位的数据范围。要注意 x、y 表示的是“偏移量”，范围必须从 0 计数，例如前 10 个字节表示为“0-9”，第二个 10 字节表示为“10-19”，而“0-10”实际上是前 11 个字节。

Range 的格式也很灵活，起点 x 和终点 y 可以省略，能够很方便地表示正数或者倒数的范围。假设文件是 100 个字节，那么：

“0-”表示从文档起点到文档终点，相当于“0-99”，即整个文件；  
“10-”是从第 10 个字节开始到文档末尾，相当于“10-99”；  
“-1”是文档的最后一个字节，相当于“99-99”；  
“-10”是从文档末尾倒数 10 个字节，相当于“90-99”。  
服务器收到 Range 字段后，需要做四件事。

第一，它必须检查范围是否合法，比如文件只有 100 个字节，但请求“200-300”，这就是范围越界了。服务器就会返回状态码 416，表示范围请求有误，无法处理。

第二，如果范围正确，服务器就可以根据 Range 头计算偏移量，读取文件的片段了，返回状态码 206 Partial Content，表示 body 只是原数据的一部分。

第三，服务器要添加一个响应头字段 Content-Range，告诉片段的实际偏移量和资源的总大小，格式是 「bytes x-y/length」，与 Range 头区别在没有“=”，范围后多了总长度。例如，对于“0-10”的范围请求，值就是“bytes 0-10/100”。

最后剩下的就是发送数据了，直接把片段用 TCP 发给客户端，一个范围请求就算是处理完了。

##### 常用的下载工具里的多段下载、断点续传也是基于它实现的，要点是： #####

先发个 HEAD，看服务器是否支持范围请求，同时获取文件的大小；  
开 N 个线程，每个线程使用 Range 字段划分出各自负责下载的片段，发请求传输数据；  
下载意外中断不必重头再来一遍，只要根据上次的下载记录，用 Range 请求剩下的那一部分就可以了。

转自知乎：[https://zhuanlan.zhihu.com/p/158705043][https_zhuanlan.zhihu.com_p_158705043]

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