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
作者：狗头大军之江苏分军
https://juejin.cn/post/7255189826226602045
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
graph LR
A(开始) --> B{选择文件}
B -- 用户选择文件 --> C[切割文件为多个切片]
C --> D{上传切片}
D -- 上传完成 --> E[合并切片为完整文件]
E -- 文件合并完成 --> F(上传成功)
D -- 上传中断 --> G{保存上传进度}
G -- 上传恢复 --> D
G -- 取消上传 --> H(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
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。
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。