前端文件流、切片下载和上传：优化文件传输效率与用户体验

周sir | 2024年3月14日 | web前端技术 | 0 条评论 | 47

本文正在参加2023年终作者打榜，路过的朋友辛苦随便点点咯

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：

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

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：

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：

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：

  // 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。 代码示例

const [file, setFile] = useState(null);  //用来存放我本地上传的文件

const chunkSize = 1024 * 1024; // 1MB 切片大小

  const upload = () => {
    if (!file) {
      alert("请选择要上传的文件！");
      return;
    }

    const chunkSize = 1024 * 1024; // 1MB

    let start = 0;
    let end = Math.min(chunkSize, file.size);

    while (start < file.size) {
      const chunk = file.slice(start, end);
      
      // 创建FormData对象
      const formData = new FormData();
      formData.append('file', chunk);

      // 发送切片到服务器
      fetch('上传接口xxxx', {
        method: 'POST',
        body: formData
      })
      .then(response => response.json())
      .then(data => {
        console.log(data);
        // 处理响应结果
      })
      .catch(error => {
        console.error(error);
        // 处理错误
      });

      start = end;
      end = Math.min(start + chunkSize, file.size);
    }
  };
  
 return (
    <div>
      <input type="file" onChange={handleFileChange} />
      <button onClick={upload}>上传</button>
    </div>
  );
}

在上面的代码中，创建了一个名为Upload的函数组件。它使用了 React 的useState钩子来管理选中的文件。

通过onChange事件监听文件输入框的变化，并在handleFileChange函数中获取选择的文件，并更新file状态。

点击“上传”按钮时，调用upload函数。它与之前的示例代码类似，将文件切割为多个大小相等的切片，并使用FormData对象和fetch函数发送切片数据到服务器。

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。

import React, { useState, useRef, useEffect } from 'react';

function Upload() {
  const [file, setFile] = useState(null);
  const [uploadedChunks, setUploadedChunks] = useState([]);
  const [uploading, setUploading] = useState(false);
  const uploadRequestRef = useRef();

  const handleFileChange = (event) => {
    const selectedFile = event.target.files[0];
    setFile(selectedFile);
  };

  const uploadChunk = (chunk) => {
    // 创建FormData对象
    const formData = new FormData();
    formData.append('file', chunk);

    // 发送切片到服务器
    return fetch('your-upload-url', {
      method: 'POST',
      body: formData
    })
    .then(response => response.json())
    .then(data => {
      console.log(data);
      // 处理响应结果
      return data;
    });
  };

  const upload = async () => {
    if (!file) {
      alert("请选择要上传的文件！");
      return;
    }

    const chunkSize = 1024 * 1024; // 1MB
    const totalChunks = Math.ceil(file.size / chunkSize);

    let start = 0;
    let end = Math.min(chunkSize, file.size);

    setUploading(true);

    for (let i = 0; i < totalChunks; i++) {
      const chunk = file.slice(start, end);
      const uploadedChunkIndex = uploadedChunks.indexOf(i);

      if (uploadedChunkIndex === -1) {
        try {
          const response = await uploadChunk(chunk);
          setUploadedChunks((prevChunks) => [...prevChunks, i]);

          // 保存已上传的切片信息到本地存储
          localStorage.setItem('uploadedChunks', JSON.stringify(uploadedChunks));
        } catch (error) {
          console.error(error);
          // 处理错误
        }
      }

      start = end;
      end = Math.min(start + chunkSize, file.size);
    }

    setUploading(false);

    // 上传完毕，清除本地存储的切片信息
    localStorage.removeItem('uploadedChunks');
  };

  useEffect(() => {
    const storedUploadedChunks = localStorage.getItem('uploadedChunks');

    if (storedUploadedChunks) {
      setUploadedChunks(JSON.parse(storedUploadedChunks));
    }
  }, []);

  return (
    <div>
      <input type="file" onChange={handleFileChange} />
      <button onClick={upload} disabled={uploading}>
        {uploading ? '上传中...' : '上传'}
      </button>
    </div>
  );
}

首先，使用useState钩子创建了一个uploadedChunks状态来保存已上传的切片索引数组。初始值为空数组。

然后，我们使用useRef钩子创建了一个uploadRequestRef引用，用于存储当前的上传请求。

在handleFileChange函数中，我们更新了file状态以选择要上传的文件。

在uploadChunk函数中，我们发送切片到服务器，并返回一个Promise对象来处理响应结果。

在upload函数中，我们添加了断点续传的逻辑。首先，我们获取切片的总数，并设置uploading状态为true来禁用上传按钮。

然后，我们使用for循环遍历所有切片。对于每个切片，我们检查uploadedChunks数组中是否已经包含该索引，如果不包含，则进行上传操作。

在上传切片之后，我们将已上传的切片索引添加到uploadedChunks数组，并使用localStorage保存已上传的切片信息。

最后，在上传完毕后，我们将uploading状态设为false，并清除本地存储的切片信息。

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。