前言
文件传输是一个常见的需求。对于大文件的下载和上传，直接使用传统的方式可能会遇到性能和用户体验方面的问题。幸运的是，前端技术提供了一些高效的解决方案：文件流操作和切片下载与上传。本文将深入探讨这些技术，帮助你理解它们的原理和实现方法，以优化文件传输效率和提升用户体验。
一、前端文件流操作
在前端开发中，文件流操作是指通过数据流的方式处理文件，对文件进行读取、写入和展示等操作。下面详细介绍了前端文件流操作的几个基本概念和技术。
数据流和文件处理的基本概念
数据流是指连续的数据序列，可以从一个源传输到另一个目的地。在前端开发中，文件可以被看作数据流的一种形式，可以通过数据流的方式进行处理。文件处理涉及读取和写入文件的操作，包括读取文件的内容、写入数据到文件，以及对文件进行删除、重命名等操作。
Blob 对象和 ArrayBuffer：处理二进制数据
在前端处理文件时，经常需要处理二进制数据。Blob（Binary Large Object）对象是用来表示二进制数据的一个接口，可以存储大量的二进制数据。Blob 对象可以通过构造函数进行创建，也可以通过其他 API 生成，例如通过 FormData 对象获取上传的文件。而 ArrayBuffer 是 JavaScript 中的一个对象类型，用于表示一个通用的、固定长度的二进制数据缓冲区。我们可以通过 ArrayBuffer 来操作和处理文件的二进制数据。 代码如下：
js
复制代码
import React, { useState } from 'react';
function FileInput() {
const [fileContent, setFileContent] = useState('');
// 读取文件内容到ArrayBuffer
function readFileToArrayBuffer(file) {
return new Promise((resolve, reject) => {
const reader = new FileReader();
// 注册文件读取完成后的回调函数
reader.onload = function(event) {
const arrayBuffer = event.target.result;
resolve(arrayBuffer);
};
// 读取文件内容到ArrayBuffer
reader.readAsArrayBuffer(file);
});
}
// 将ArrayBuffer转为十六进制字符串
function arrayBufferToHexString(arrayBuffer) {
const uint8Array = new Uint8Array(arrayBuffer);
let hexString = '';
for (let i = 0; i < uint8Array.length; i++) {
const hex = uint8Array[i].toString(16).padStart(2, '0');
hexString += hex;
}
return hexString;
}
// 处理文件选择事件
function handleFileChange(event) {
const file = event.target.files[0]; // 获取选中的文件
if (file) {
readFileToArrayBuffer(file)
.then(arrayBuffer => {
const hexString = arrayBufferToHexString(arrayBuffer);
setFileContent(hexString);
})
.catch(error => {
console.error('文件读取失败:', error);
});
} else {
setFileContent('请选择一个文件');
}
}
return (
<div>
<input type="file" onChange={handleFileChange} />
<div>
<h4>文件内容：</h4>
<pre>{fileContent}</pre>
</div>
</div>
);
}
export default FileInput;上面代码里，我们创建了一个名为 FileInput 的函数式组件。该组件包含一个文件选择框和一个用于显示文件内容的 <pre> 元素。当用户选择文件时，通过 FileReader 将文件内容读取为 ArrayBuffer，然后将 ArrayBuffer 转换为十六进制字符串，并将结果显示在页面上。
使用 FileReader 进行文件读取
FileReader 是前端浏览器提供的一个 API，用于读取文件内容。通过 FileReader，我们可以通过异步方式读取文件，并将文件内容转换为可用的数据形式，比如文本数据或二进制数据。FileReader 提供了一些读取文件的方法，例如 readAsText()、readAsArrayBuffer() 等，可以根据需要选择合适的方法来读取文件内容。
将文件流展示在前端页面中
一旦我们成功地读取了文件的内容，就可以将文件流展示在前端页面上。具体的展示方式取决于文件的类型。例如，对于文本文件，可以直接将其内容显示在页面的文本框或区域中；对于图片文件，可以使用 <img> 标签展示图片；对于音视频文件，可以使用 <video> 或 <audio> 标签来播放。通过将文件流展示在前端页面上，我们可以实现在线预览和查看文件内容的功能。
好的，这一部分就基本介绍完毕，总结一下。前端文件操作流是处理大型文件的一种常见方式，他可以通过数据流的方式对文件进行操作。Blob对象 和 ArrayBuffer是处理二进制数据的重要工具。而FileReader则是读取文件内容的的关键组件。通过这些技术，我们可以方便的在前端页面上进行操作或者文件展示。
二、文件切片下载
这一步就进入到我们今天文章主题了，先来主要的看下流程
用户选择文件
上传完成
文件合并完成
上传中断
上传恢复
取消上传
开始
选择文件
切割文件为多个切片
上传切片
合并切片为完整文件
上传成功
保存上传进度
上传取消
传统文件下载的性能问题
文件切片下载是一种提升文件下载效率的技术，通过将大文件分割成多个小片段（切片），并使用多个并发请求同时下载这些切片，从而加快整体下载速度。
传统的文件下载方式对于大文件来说存在性能问题。当用户请求下载一个大文件时，服务器需要将整个文件发送给客户端。这会导致以下几个问题：
- 较长的等待时间：大文件需要较长的时间来传输到客户端，用户需要等待很长时间才能开始使用文件。
- 网络阻塞：由于下载过程中占用了网络带宽，其他用户可能会遇到下载速度慢的问题。
- 断点续传困难：如果下载过程中出现网络故障或者用户中断下载，需要重新下载整个文件，无法继续之前的下载进度。
利用文件切片提升下载效率
文件切片下载通过将文件分割成多个小片段，每个片段大小通常在几百KB到几MB之间。然后客户端通过多个并发请求同时下载这些片段。这样做的好处是：
- 快速启动：客户端可以快速开始下载，因为只需要下载第一个切片即可。
- 并发下载：通过使用多个并发请求下载切片，可以充分利用带宽，并提高整体下载速度。
- 断点续传：如果下载中断，客户端只需要重新下载中断的切片，而不需要重新下载整个文件。 切片上传代码示例：
js
复制代码
const [selectedFile, setSelectedFile] = useState(null);
const [progress, setProgress] = useState(0);
// 处理文件选择事件
function handleFileChange(event) {
setSelectedFile(event.target.files[0]);
}
// 处理文件上传事件
function handleFileUpload() {
if (selectedFile) {
// 计算切片数量和每个切片的大小
const fileSize = selectedFile.size;
const chunkSize = 1024 * 1024; // 设置切片大小为1MB
const totalChunks = Math.ceil(fileSize / chunkSize);
// 创建FormData对象，并添加文件信息
const formData = new FormData();
formData.append('file', selectedFile);
formData.append('totalChunks', totalChunks);
// 循环上传切片
for (let chunkNumber = 0; chunkNumber < totalChunks; chunkNumber++) {
const start = chunkNumber * chunkSize;
const end = Math.min(start + chunkSize, fileSize);
const chunk = selectedFile.slice(start, end);
formData.append(`chunk-${chunkNumber}`, chunk, selectedFile.name);
}
// 发起文件上传请求
axios.post('/upload', formData, {
onUploadProgress: progressEvent => {
const progress = Math.round((progressEvent.loaded / progressEvent.total) * 100);
setProgress(progress);
}
})
.then(response => {
console.log('文件上传成功:', response.data);
})
.catch(error => {
console.error('文件上传失败:', error);
});
}
}当涉及到切片上传和下载时，前端使用的技术通常是基于前端库或框架提供的文件处理功能，结合后端服务实现。
上面代码里我们提到了文件如何切片上传。
- 当用户选择文件后，通过
handleFileChange函数处理文件选择事件，将选择的文件保存在selectedFile状态中。 - 当用户点击上传按钮时，通过
handleFileUpload函数处理文件上传事件。 - 在
handleFileUpload函数中，计算切片数量和每个切片的大小，并创建一个FormData对象用于存储文件信息和切片数据。
实现客户端切片下载的方案
实现客户端切片下载的基本方案如下：
- 服务器端将大文件切割成多个切片，并为每个切片生成唯一的标识符。
- 客户端发送请求获取切片列表，同时开始下载第一个切片。
- 客户端在下载过程中，根据切片列表发起并发请求下载其他切片，并逐渐拼接合并下载的数据。
- 当所有切片都下载完成后，客户端将下载的数据合并为完整的文件。
代码示例：
js
复制代码
function downloadFile() {
// 发起文件下载请求
fetch('/download', {
method: 'GET',
headers: {
'Content-Type': 'application/json',
},
})
.then(response => response.json())
.then(data => {
const totalSize = data.totalSize;
const totalChunks = data.totalChunks;
let downloadedChunks = 0;
let chunks = [];
// 下载每个切片
for (let chunkNumber = 0; chunkNumber < totalChunks; chunkNumber++) {
fetch(`/download/${chunkNumber}`, {
method: 'GET',
})
.then(response => response.blob())
.then(chunk => {
downloadedChunks++;
chunks.push(chunk);
// 当所有切片都下载完成时
if (downloadedChunks === totalChunks) {
// 合并切片
const mergedBlob = new Blob(chunks);
// 创建对象 URL，生成下载链接
const downloadUrl = window.URL.createObjectURL(mergedBlob);
// 创建 <a> 元素并设置属性
const link = document.createElement('a');
link.href = downloadUrl;
link.setAttribute('download', 'file.txt');
// 模拟点击下载
link.click();
// 释放资源
window.URL.revokeObjectURL(downloadUrl);
}
});
}
})
.catch(error => {
console.error('文件下载失败:', error);
});
}我们看下代码，首先使用BLOB对象创建一共对象URL，用于生成下载连接，然后创建a标签并且设置href的属性为刚刚创建的对象URL,继续设置a标签的download属性是文件名，方便点击的时候自动下载文件。
显示下载进度和完成状态
为了显示下载进度和完成状态，可以在客户端实现以下功能：
- 显示进度条：客户端可以通过监听每个切片的下载进度来计算整体下载进度，并实时更新进度条的显示。
- 显示完成状态：当所有切片都下载完成后，客户端可以显示下载完成的状态，例如显示一个完成的图标或者文本。
这里我们可以继续接着切片上传代码示例里的继续写。
代码示例：
js
复制代码
// 处理文件下载事件
function handleFileDownload() {
axios.get('/download', {
responseType: 'blob',
onDownloadProgress: progressEvent => {
const progress = Math.round((progressEvent.loaded / progressEvent.total) * 100);
setProgress(progress);
}
})
.then(response => {
// 创建一个临时的URL对象用于下载
const url = window.URL.createObjectURL(new Blob([response.data]));
const link = document.createElement('a');
link.href = url;
link.setAttribute('download', 'file.txt');
document.body.appendChild(link);
link.click();
document.body.removeChild(link);
})
.catch(error => {
console.error('文件下载失败:', error);
});
}
<button onClick={handleFileDownload}>下载文件</button>
<div>进度：{progress}%</div>- 当用户点击下载按钮时，通过
handleFileDownload函数处理文件下载事件。 - 在
handleFileDownload函数中，使用axios库发起文件下载请求，并设置responseType: 'blob'表示返回二进制数据。 - 通过监听
onDownloadProgress属性获取下载进度，并更新进度条的显示。 - 下载完成后，创建一个临时的 URL 对象用于下载，并通过动态创建
<a>元素模拟点击下载。
三、大文件上传的问题与解决方案
传统的文件上传方式存在的问题
- 大文件上传耗时长，容易导致请求超时。
- 占用服务器和网络带宽资源，可能影响其他用户的访问速度。
- 如果上传中断，需要重新上传整个文件，效率低下。
- 难以实现上传进度的显示和控制。
前端文件切片上传的优势
- 将大文件分割为更小的文件切片，分多次上传，提高上传效率和稳定性。
- 提供上传进度的监控和展示，提高用户体验。
- 充分利用浏览器的并发上传能力，减轻服务器负担。
- 实现断点续传功能，避免重复上传已上传的部分。
实现前端切片上传的方法
- 使用 JavaScript 的
File API获取文件对象，并使用Blob.prototype.slice()方法将文件切割为多个切片。 - 使用
FormData对象将切片数据通过 AJAX 或 Fetch API 发送到服务器。 - 在后端服务器上接收切片并保存到临时存储中，等待后续合并。
- 在客户端通过监听上传进度事件，在进度条或提示中展示上传进度。
实现断点续传的技术：记录和恢复上传状态
- 在前端，可以使用
localStorage或sessionStorage来存储已上传的切片信息，包括已上传的切片索引、切片大小等。 - 每次上传前，先检查本地存储中是否存在已上传的切片信息，若存在，则从断点处继续上传。
- 在后端，可以使用一个临时文件夹或数据库来记录已接收到的切片信息，包括已上传的切片索引、切片大小等。
- 在上传完成前，保存上传状态，以便在上传中断后能够恢复上传进度。
在实现大文件上传时要考虑服务器端的处理能力和存储空间，以及安全性问题。同时，为了保障断点续传的准确性，应该尽量避免并发上传相同文件的情况，可以采用文件唯一标识符或用户会话标识符进行区分。
四、优化用户体验：切片下载与上传的应用场景
后台管理系统中的文件下载和上传：
- 文件下载：在后台管理系统中，用户可能需要下载大型文件，如报表、日志文件、数据库备份等。通过将文件切片下载，可以提高下载速度和稳定性，同时允许用户中断下载并从中断处继续下载。
- 文件上传：后台管理系统中，用户可能需要上传大型文件，如数据导入、文件备份等。使用切片上传可以提高上传效率，分批上传文件切片，并显示上传进度，使用户能够了解上传的状态。
图片/视频上传和预览：
- 图片上传和预览：在图片上传场景中，用户可以选择多张图片进行上传。通过切片上传，可以加快图片上传速度，并实时显示上传进度。同时，在上传完成后，可以提供预览功能，让用户可以立即查看上传的图片。
- 视频上传和预览：对于较大的视频文件，切片上传可以确保上传过程可靠且高效。同时，可以实现上传进度的实时展示。上传完成后，通过切片下载技术，用户可以流畅地观看视频，无需等待整个文件下载完成。
云存储和云盘应用中的文件操作：
- 文件分块上传：云存储和云盘应用通常需要处理大量文件的上传。通过切片上传可以提高上传速度和稳定性，并允许用户中断并继续上传。
- 文件分块下载：当用户需要下载云存储或云盘中的大型文件时，可以使用切片下载技术，加快下载速度并提供中断恢复功能。
- 文件预览和在线编辑：通过将文件切片并进行预览，在线编辑，可以提供更好的用户体验。用户可以在不需完全下载文件的情况下，直接预览和编辑文件。
作者：狗头大军之江苏分军
