NodeJS 使用 Range 请求实现下载功能

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前言

本篇使用 NodeJS 的 HTTP 服务创建客户端,使用 Range 请求实现下载功能,并通过本篇的 Demo 扩展在业务中实现断点续传等功能的思路。


服务端的实现

我们通过 http 模块创建服务器处理 Range 请求,在服务器代码中我们为了减少回调嵌套使用 async 函数,所以需要将异步的操作方法转换成 Promise,以往我们使用 utilpromisify 来一个一个转换异步方法,比较麻烦,我们这次使用第三方模块 mz 并直接引入转换好的替代模块。

使用 mz 之前需要先安装:

npm install mz

服务端代码如下:

// 文件:server.js
const http = require("http");
const path = require("path");
const url = require("url");

// 引入 mz 模块转换成 Promise 的 fs 模块
const fs = require("mz/fs");

// 请求处理函数
async function listener(req, res) {
    // 获取 range 请求头,格式为 Range:bytes=0-5
    let range = req.headers["range"];

    // 下载文件路径
    let p = path.resovle(__dirname, url.parse(url, true).pathname);

    // 存在 range 请求头将返回范围请求的数据
    if (range) {
        // 获取范围请求的开始和结束位置
        let [, start, end] = range.match(/(\d*)-(\d*)/);

        // 错误处理
        try {
            let statObj = await fs.stat(p);
        } catch (e) {
            res.end("Not Found");
        }

        // 文件总字节数
        let total = statObj.size;

        // 处理请求头中范围参数不传的问题
        start = start ? ParseInt(start) : 0;
        end = end ? ParseInt(end) : total - 1;

        // 响应客户端
        res.statusCode = 206;
        res.setHeader("Accept-Ranges", "bytes");
        res.setHeader("Content-Range", `bytes ${start}-${end}/${total}`);
        fs.createReadStream(p, { start, end }).pipe(res);
    } else {
        // 没有 range 请求头时将整个文件内容返回给客户端
        fs.createReadStream(p).pipe(res);
    }
}

// 创建服务器
const server = http.createServer(listener);

// 监听端口
server.listen(3000, () => {
    console.log("server start 3000");
});

在上面服务端的代码中,需要兼容 Range 请求和普通请求,两种请求的区别是,如果客户端发送的是 Range 请求,会携带 Range:bytes=0-5 格式的请求头,我们可以通过 reqheaders 属性获取,在获取请求头时,原本大写字母开头 NodeJS 统一处理成小写,所以获取时应小写。

如果是 Range 请求则通过可读流读取对应的内容返回客户端,如果不是,则通过可读流读取整个文件返回客户端,在响应 Range 请求的过程中需要设置响应状态为 206,需要设置响应头 Accept-Ranges 值为 bytes,需要设置响应头 Content-Range 值为 byte 0-5/100 的格式,0 为返回数据开始的索引,5 为结束的索引(包含),100 为文件的总字节数。

在通过 urlpath 模块解析和拼接下载文件路径时,应该进行错误检测,如果文件不存在则直接返回客户端 Not Found

我们可以使用 curl 命令来检测我们的服务端代码,在命令行工具中输入下面命令,在命令窗口查看返回值是否正确。

curl -v --header "Range:bytes=0-5" http://localhost:3000


客户端的实现

在上面使用 curl 命令来访问我们的服务器时,只能请求固定范围的数据,而不是类似于下载功能,每次都下载一个范围的数据,但是想要多次下载并自动维护 Range 的范围需要借助我们自己实现的客户端逻辑。

为了简便,我们的下载客户端是在命令行窗口运行的,通过指令来模拟实际项目中的开始下载、暂停和恢复按钮,当在窗口中输入 s 指令时开始下载,输入 p 指令时暂停下载,输入 r 指令时恢复下载。

// 文件:client.js
const http = require("http");
const fs = require("fs");
const path = require("path");

// 请求配置
let config = {
    host: "localhost",
    port: 3000,
    path: "/download.txt"
};

let start = 0; // 请求初始值
let step = 5; // 每次请求字符个数
let pause = false; // 暂停状态
let total; // 文件总长度

// 创建可写流
let ws = fs.createWriteStream(path.resolve(__dirname, config.path.slice(1)));

// 下载函数
function download() {
    // 配置,每次范围请求 step 个字节
    config.headers = {
        "Range": `bytes=${start}-${start + step - 1}`;
    };

    // 维护下次 start 的值
    start += step;

    // 发送请求
    http.request(config, res => {
        // 获取文件总长度
        if (typeof total !== "number") {
            total = res.headers["content-ranges"].match(/\/(\d*)/)[1];

        }

        // 读取返回数据
        let buffers = [];
        res.on("data", data => buffers.push(data));
        res.on("end", () => {
            // 合并数据并写入文件
            let buf = Buffer.concat(buffers);
            ws.write(buf);

            // 递归进行下一次请求
            if (!pause && start < total) {
                download();
            }
        });
    }).end();
}

// 监控输入
process.stdin.on("data", data => {
    // 获取指令
    let ins = data.toString().match(/(\w*)\/r/)[1];
    switch (ins) {
        case "s":
        case "r":
            pause = false;
            download();
            break;
        case "p":
            pause = true;
            break;
    }
});

在上面代码中下载的文件通过 config 中的 path 属性配置,每次调用 download 函数下载时都会重新计算当前范围请求的初始位置和结束位置,并设置 Range 请求头,下一次请求靠递归 download 来实现。

在执行时需先启动我们的服务器,在通过命令行输入 node client.js 来启动客户端,在命令窗口输入对应的指令进行开始下载、暂停下载和恢复下载操作。


总结

相信现在已经了解什么是范围请求,范围请求客户端和服务端需要做些什么,其实说白了就是对应的请求头和响应头的使用,需要注意的是范围请求的响应状态码为 206,这样的需求在一些上传、下载资源的网站也很常见,其目的就是为了让我们实现断点续传,不至于一次没有上传或下载完成的资源文件,在下一次的做同样操作时需要重新来过,可以接着上次的位置继续,范围请求在视频网站上也广泛应用,边请求边观看,不至于一次加载整个视频资源,节省流量,节省时间。


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