c++编写断点续传和多线程下载模块【转】

在当今的网络时代，下载软件是使用最为频繁的软件之一。几年来，下载技术也在不停地发展。最原始的下载功能仅仅是个“下载”过程，即从WEB服务器上连续地读取文件。其最大的问题是，由于网络的不稳定性，一旦连接断开使得下载过程中断，就不得不全部从头再来一次。

　　随后，“断点续传”的概念就出来了，顾名思义，就是如果下载中断，在重新建立连接后，跳过已经下载的部分，而只下载还没有下载的部分。

　 　无论“多线程下载”技术是否洪以容先生的发明，洪以容使得这项技术得到前所未有的关注是不争的事实。在“网络蚂蚁”软件流行开后，许多下载软件也都纷纷 效仿，是否具?quot;多线程下载"技术、甚至能支持多少个下载线程都成了人们评测下载软件的要素。"多线程下载"的基础是WEB服务器支持远程的随机 读取，也即支持"断点续传"。这样，在下载时可以把文件分成若干部分，每一部分创建一个下载线程进行下载。

　　现在，不要说编写专门的下载 软件，在自己编写的软件中，加入下载功能有时也非常必要。如让自己的软件支持自动在线升级，或者在软件中自动下载新的数据进行数据更新，这都是很有用、而 且很实用的功能。本文的主题即怎样编写一个支持"断点续传"和"多线程"的下载模块。当然，下载的过程非常复杂，在一篇文章中难以全部阐明，所以，与下载 过程关系不直接的部分基本上都忽略了，如异常处理和网络错误处理等，敬请各位读者注意。我使用的开发环境是C++ Builder 5.0，使用其他开发环境或者编程语言的朋友请自行作适当修改。

　　HTTP协议简介

　　下载文件是电脑与WEB服务器交互的过程，它们交互的"语言"的专业名称是协议。传送文件的协议有多种，最常用的是HTTP（超文本传输协议）和FTP（文件传送协议），我采用的是HTTP。

HTTP协议最基本的命令只有三条：Get、Post和Head。Get从WEB服务器请求一个特定的对象，比如HTML页面或者一个文件，WEB 服务器通过一个Socket连接发送此对象作为响应；Head命令使服务器给出此对象的基本描述，比如对象的类型、大小和更新时间。Post命令用于向 WEB服务器发送数据，通常使把信息发送给一个单独的应用程序，经处理生成动态的结果返回给浏览器。下载即是通过Get命令实现。

　　基本的下载过程

　 　编写下载程序，可以直接使用Socket函数，但是这要求开发人员理解、熟悉TCP/IP协议。为了简化Internet客户端软件的开 发，Windows提供了一套WinInet API，对常用的网络协议进行了封装，把开发Internet软件的门槛大大降低了。我们需要使用的WinInet API函数如图1所示，调用顺序基本上是从上到下，其具体的函数原型请参考MSDN。



　　图1

　　在使用这些函数时，必须严格区分它们使用的句柄。这些句柄的类型是一样的，都是HINTERNET，但是作用不同，这一点非常让人迷惑。按照这些句柄的产生顺序和调用关系，可以分为三个级别，下一级的句柄由上一级的句柄得到。

　　InternetOpen是最先调用的函数，它返回的HINTERNET句柄级别最高，我习惯定义为hSession，即会话句柄。

　　InternetConnect使用hSession句柄，返回的是http连接句柄，我把它定义为hConnect。

　　HttpOpenRequest使用hConnect句柄，返回的句柄是http请求句柄，定义为hRequest。

　　HttpSendRequest、HttpQueryInfo、InternetSetFilePointer和InternetReadFile都使用HttpOpenRequest返回的句柄，即hRequest。

　　当这几个句柄不再使用是，应该用函数InternetCloseHandle把它关闭，以释放其占用的资源。

首先建立一个名为THttpGetThread、创建后自动挂起的线程模块，我希望线程在完成后自动销毁，所以在构造函数中设置：

　　FreeOnTerminate = True; // 自动删除

　　并增加以下成员变量：



char Buffer[HTTPGET_BUFFER_MAX+4]; // 数据缓冲区

AnsiString FURL; // 下载对象的URL

AnsiString FOutFileName; // 保存的路径和名称

HINTERNET FhSession; // 会话句柄

HINTERNET FhConnect; // http连接句柄

HINTERNET FhRequest; // http请求句柄

bool FSuccess; // 下载是否成功

int iFileHandle; // 输出文件的句柄





、建⒘?lt;/p>

　　按照功能划分，下载过程可以分为4部分，即建立连接、读取待下载文件的信息并分析、下载文件和释 放占用的资源。建立连接的函数如下，其中ParseURL的作用是从下载URL地址中取得主机名称和下载的文件的WEB路 径，DoOnStatusText用于输出当前的状态：







//初始化下载环境

void THttpGetThread::StartHttpGet(void)

{

AnsiString HostName,FileName;

ParseURL(HostName, FileName);

try

{

// 1.建立会话

　　　 FhSession = InternetOpen("http-get-demo",

INTERNET_OPEN_TYPE_PRECONFIG,

NULL,NULL,

0); // 同步方式

　　　 if( FhSession==NULL)throw(Exception("Error：InterOpen"));

DoOnStatusText("ok：InterOpen");

// 2.建立连接

　　　 FhConnect=InternetConnect(FhSession,

HostName.c_str(),

INTERNET_DEFAULT_HTTP_PORT,

NULL,NULL,

INTERNET_SERVICE_HTTP, 0, 0);

if(FhConnect==NULL)throw(Exception("Error：InternetConnect"));

DoOnStatusText("ok：InternetConnect");

// 3.初始化下载请求

　　　 const char *FAcceptTypes = "*/*";

FhRequest = HttpOpenRequest(FhConnect,

"GET", // 从服务器获取数据

　　　　　　 FileName.c_str(), // 想读取的文件的名称

　　　　　　 "HTTP/1.1", // 使用的协议

　　　　　　 NULL,

&FAcceptTypes,

INTERNET_FLAG_RELOAD,

0);

if( FhRequest==NULL)throw(Exception("Error：HttpOpenRequest"));

DoOnStatusText("ok：HttpOpenRequest");

// 4.发送下载请求

　　　 HttpSendRequest(FhRequest, NULL, 0, NULL, 0);

DoOnStatusText("ok：HttpSendRequest");

}catch(Exception &exception)

{

EndHttpGet(); // 关闭连接，释放资源

　　　 DoOnStatusText(exception.Message);

}

}

// 从URL中提取主机名称和下载文件路径

void THttpGetThread::ParseURL(AnsiString &HostName,AnsiString &FileName)

{

AnsiString URL=FURL;

int i=URL.Pos("http://");

if(i>0)

{

URL.Delete(1, 7);

}

i=URL.Pos("/");

HostName = URL.SubString(1, i-1);

FileName = URL.SubString(i, URL.Length());

}





可以看到，程序按照图1中的顺序，依次调用InternetOpen、InternetConnect、HttpOpenRequest函数得到3个相关的句柄，然后通过HttpSendRequest函数把下载的请求发送给WEB服务器。

　　InternetOpen的第一个参数是无关的，最后一个参数如果设置为INTERNET_FLAG_ASYNC，则将建立异步连接，这很有实际意义，考虑到本文的复杂程度，我没有采用。但是对于需要更高下载要求的读者，强烈建议采用异步方式。

　　HttpOpenRequest打开一个请求句柄，命令是"GET"，表示下载文件，使用的协议是"HTTP/1.1"。

　　另外一个需要注意的地方是HttpOpenRequest的参数FAcceptTypes，表示可以打开的文件类型，我设置为"*/*"表示可以打开所有文件类型，可以根据实际需要改变它的值。

　　2、读取待下载的文件的信息并分析

　　在发送请求后，可以使用HttpQueryInfo函数获取文件的有关信息，或者取得服务器的信息以及服务器支持的相关操作。对于下载程序，最常用的是传递HTTP_QUERY_CONTENT_LENGTH参数取得文件的大小，即文件包含的字节数。模块如下所示：



// 取得待下载文件的大小

int __fastcall THttpGetThread::GetWEBFileSize(void)

{

try

{

DWORD BufLen=HTTPGET_BUFFER_MAX;

DWORD dwIndex=0;

bool RetQueryInfo=HttpQueryInfo(FhRequest,

HTTP_QUERY_CONTENT_LENGTH,

Buffer, &BufLen,

&dwIndex);

if( RetQueryInfo==false) throw(Exception("Error：HttpQueryInfo"));

DoOnStatusText("ok：HttpQueryInfo");

int FileSize=StrToInt(Buffer); // 文件大小

　　　 DoOnGetFileSize(FileSize);

}catch(Exception &exception)

{

DoOnStatusText(exception.Message);

}

return FileSize;

}





模块中的DoOnGetFileSize是发出取得文件大小的事件。取得文件大小后，对于采用多线程的下载程序，可以按照这个值进行合适的文件分块，确定每个文件块的起点和大小。

　　3、下载文件的模块

　　开始下载前，还应该先安排好怎样保存下载结果。方法很多，我直接采用了C++ Builder提供的文件函数打开一个文件句柄。当然，也可以采用Windows本身的API，对于小文件，全部缓冲到内存中也可以考虑。



// 打开输出文件，以保存下载的数据

DWORD THttpGetThread::OpenOutFile(void)

{

try

{

if(FileExists(FOutFileName))

DeleteFile(FOutFileName);

iFileHandle=FileCreate(FOutFileName);

if(iFileHandle==-1) throw(Exception("Error：FileCreate"));

DoOnStatusText("ok:CreateFile");

}catch(Exception &exception)

{

DoOnStatusText(exception.Message);

}

return 0;

}

// 执行下载过程

void THttpGetThread::DoHttpGet(void)

{

DWORD dwCount=OpenOutFile();

try

{

// 发出开始下载事件

　　　 DoOnStatusText("StartGet：InternetReadFile");

// 读取数据

　　　 DWORD dwRequest; // 请求下载的字节数

　　　 DWORD dwRead; // 实际读出的字节数

　　　 dwRequest=HTTPGET_BUFFER_MAX;

while(true)

{

Application->ProcessMessages();

bool ReadReturn = InternetReadFile(FhRequest,

(LPVOID)Buffer,

dwRequest,

&dwRead);

if(!ReadReturn)break;

if(dwRead==0)break;

// 保存数据

　　　　 Buffer[dwRead]='\0';

FileWrite(iFileHandle, Buffer, dwRead);

dwCount = dwCount + dwRead;

// 发出下载进程事件

　　　　 DoOnProgress(dwCount);

}

Fsuccess=true;

}catch(Exception &exception)

{

Fsuccess=false;

DoOnStatusText(exception.Message);

}

FileClose(iFileHandle);

DoOnStatusText("End：InternetReadFile");

}



下载过程并不复杂，与读取本地文件一样，执行一个简单的循环。当然，如此方便的编程还是得益于微软对网络协议的封装。

　　4、释放占用的资源

　　这个过程很简单，按照产生各个句柄的相反的顺序调用InternetCloseHandle函数即可。



void THttpGetThread::EndHttpGet(void)

{

if(FConnected)

{

DoOnStatusText("Closing:InternetConnect");

try

{

InternetCloseHandle(FhRequest);

InternetCloseHandle(FhConnect);

InternetCloseHandle(FhSession);

}catch(

){}

FhSession=NULL;

FhConnect=NULL;

FhRequest=NULL;

FConnected=false;

DoOnStatusText("Closed:InternetConnect");

}

}



我觉得，在释放句柄后，把变量设置为NULL是一种良好的编程习惯。在这个示例中，还出于如果下载失败，重新进行下载时需要再次利用这些句柄变量的考虑。

　　5、功能模块的调用

　　这些模块的调用可以安排在线程对象的Execute方法中，如下所示：



void __fastcall THttpGetThread::Execute()

{

FrepeatCount=5;

for(int i=0;i<FRepeatCount;i++)

{

StartHttpGet();

GetWEBFileSize();

DoHttpGet();

EndHttpGet();

if(FSuccess)break;

}

// 发出下载完成事件

　 if(FSuccess)DoOnComplete();

else DoOnError();

}



这里执行了一个循环，即如果产生了错误自动重新进行下载，实际编程中，重复次数可以作为参数自行设置。

　　实现断点续传功能

　　在基本下载的代码上实现断点续传功能并不是很复杂，主要的问题有两点：

　 　1、 检查本地的下载信息，确定已经下载的字节数。所以应该对打开输出文件的函数作适当修改。我们可以建立一个辅助文件保存下载的信息，如已经下载的字节数等。 我处理得较为简单，先检查输出文件是否存在，如果存在，再得到其大小，并以此作为已经下载的部分。由于Windows没有直接取得文件大小的API，我编 写了GetFileSize函数用于取得文件大小。注意，与前面相同的代码被省略了。



DWORD THttpGetThread::OpenOutFile(void)

{

……

if(FileExists(FOutFileName))

{

DWORD dwCount=GetFileSize(FOutFileName);

if(dwCount>0)

{

iFileHandle=FileOpen(FOutFileName,fmOpenWrite);

FileSeek(iFileHandle,0,2); // 移动文件指针到末尾

　　　　 if(iFileHandle==-1) throw(Exception("Error：FileCreate"));

DoOnStatusText("ok:OpenFile");

return dwCount;

}

DeleteFile(FOutFileName);

}

……

}



2、 在开始下载文件（即执行InternetReadFile函数）之前，先调整WEB上的文件指针。这就要求WEB服务器支持随机读取文件的操作，有些服务器对此作了限制，所以应该判断这种可能性。对DoHttpGet模块的修改如下，同样省略了相同的代码：



void THttpGetThread::DoHttpGet(void)

{

DWORD dwCount=OpenOutFile();

if(dwCount>0) // 调整文件指针

　 {

dwStart = dwStart + dwCount;

if(!SetFilePointer()) // 服务器不支持操作

　　　 {

// 清除输出文件

　　　　 FileSeek(iFileHandle,0,0); // 移动文件指针到头部

　　　 }

}

……

}



多线程下载

　　要实现多线程下载，最主要的问题是下载线程的创建和管理，已经下载完成后文件的各个部分的准确合并，同时，下载线程也要作必要的修改。

　　1、下载线程的修改

　　为了适应多线程程序，我在下载线程加入如下成员变量：

　　int FIndex; // 在线程数组中的索引

　　DWORD dwStart; // 下载开始的位置

　　DWORD dwTotal; // 需要下载的字节数

　　DWORD FGetBytes; // 下载的总字节数

　　并加入如下属性值：



__property AnsiString URL = { read=FURL, write=FURL };

__property AnsiString OutFileName = { read=FOutFileName, write=FOutFileName};

__property bool Successed = { read=FSuccess};

__property int Index = { read=FIndex, write=FIndex};

__property DWORD StartPostion = { read=dwStart, write=dwStart};

__property DWORD GetBytes = { read=dwTotal, write=dwTotal};

__property TOnHttpCompelete OnComplete = { read=FOnComplete, write=FOnComplete };



同时，在下载过程DoHttpGet中增加如下处理，



void THttpGetThread::DoHttpGet(void)

{

……

try

{

……

while(true)

{

Application->ProcessMessages();

// 修正需要下载的字节数，使得dwRequest + dwCount <dwTotal;

　　　　 if(dwTotal>0) // dwTotal=0表示下载到文件结束

　　　　 {

if(dwRequest+dwCount>dwTotal)

dwRequest=dwTotal-dwCount;

}

……

if(dwTotal>0) // dwTotal <=0表示下载到文件结束

　　　　 {

if(dwCount>=dwTotal)break;

}

}

}

……

if(dwCount==dwTotal)FSuccess=true;

}



2、建立多线程下载组件

　　我先建立了以TComponent为基类、名为THttpGetEx的组件模块，并增加以下成员变量：



// 内部变量

THttpGetThread **HttpThreads; // 保存建立的线程

AnsiString *OutTmpFiles; // 保存结果文件各个部分的临时文件

bool *FSuccesss; // 保存各个线程的下载结果

// 以下是属性变量

int FHttpThreadCount; // 使用的线程个数

AnsiString FURL;

AnsiString FOutFileName;



各个变量的用途都如代码注释，其中的FSuccess的作用比较特别，下文会再加以详细解释。因为线程的运行具有不可逆性，而组件可能会连续地下载不同的 文件，所以下载线程只能动态创建，使用后随即销毁。创建线程的模块如下，其中GetSystemTemp函数取得系统的临时文件 夹，OnThreadComplete是线程下载完成后的事件，其代码在其后介绍：



// 分配资源

void THttpGetEx::AssignResource(void)

{

FSuccesss=new bool[FHttpThreadCount];

for(int i=0;i<FHttpThreadCount;i++)

FSuccesss[i]=false;

OutTmpFiles = new AnsiString[FHttpThreadCount];

AnsiString ShortName=ExtractFileName(FOutFileName);

AnsiString Path=GetSystemTemp();

for(int i=0;i<FHttpThreadCount;i++)

OutTmpFiles[i]=Path+ShortName+"-"+IntToStr(i)+".hpt";

HttpThreads = new THttpGetThread *[FHttpThreadCount];

}

// 创建一个下载线程

THttpGetThread * THttpGetEx::CreateHttpThread(void)

{

THttpGetThread *HttpThread=new THttpGetThread(this);

HttpThread->URL=FURL;

…… // 初始化事件

　 HttpThread->OnComplete=OnThreadComplete; // 线程下载完成事件

　 return HttpThread;

}

// 创建下载线程数组

void THttpGetEx::CreateHttpThreads(void)

{

AssignResource();

// 取得文件大小，以决定各个线程下载的起始位置

　 THttpGetThread *HttpThread=CreateHttpThread();

HttpThreads[FHttpThreadCount-1]=HttpThread;

int FileSize=HttpThread->GetWEBFileSize();

// 把文件分成FHttpThreadCount块

　 int AvgSize=FileSize/FHttpThreadCount;

int *Starts= new int[FHttpThreadCount];

int *Bytes = new int[FHttpThreadCount];

for(int i=0;i<FHttpThreadCount;i++)

{

Starts[i]=i*AvgSize;

Bytes[i] =AvgSize;

}

// 修正最后一块的大小

　 Bytes[FHttpThreadCount-1]=AvgSize+(FileSize-AvgSize*FHttpThreadCount);

// 检查服务器是否支持断点续传

　 HttpThread->StartPostion=Starts[FHttpThreadCount-1];

HttpThread->GetBytes=Bytes[FHttpThreadCount-1];

bool CanMulti=HttpThread->SetFilePointer();

if(CanMulti==false) // 不支持，直接下载

　 {

FHttpThreadCount=1;

HttpThread->StartPostion=0;

HttpThread->GetBytes=FileSize;

HttpThread->Index=0;

HttpThread->OutFileName=OutTmpFiles[0];

}else

{

HttpThread->OutFileName=OutTmpFiles[FHttpThreadCount-1];

HttpThread->Index=FHttpThreadCount-1;

// 支持断点续传，建立多个线程

　　　 for(int i=0;i<FHttpThreadCount-1;i++)

{

HttpThread=CreateHttpThread();

HttpThread->StartPostion=Starts[i];

HttpThread->GetBytes=Bytes[i];

HttpThread->OutFileName=OutTmpFiles[i];

HttpThread->Index=i;

HttpThreads[i]=HttpThread;

}

}

// 删除临时变量

　 delete Starts;

delete Bytes;

}



下载文件的下载的函数如下：



void __fastcall THttpGetEx::DownLoadFile(void)

{

CreateHttpThreads();

THttpGetThread *HttpThread;

for(int i=0;i<FHttpThreadCount;i++)

{

HttpThread=HttpThreads[i];

HttpThread->Resume();

}

}



线程下载完成后，会发出OnThreadComplete事件，在这个事件中判断是否所有下载线程都已经完成，如果是，则合并文件的各个部分。应该注意， 这里有一个线程同步的问题，否则几个线程同时产生这个事件时，会互相冲突，结果也会混乱。同步的方法很多，我的方法是创建线程互斥对象。



const char *MutexToThread="http-get-thread-mutex";

void __fastcall THttpGetEx::OnThreadComplete(TObject *Sender, int Index)

{

// 创建互斥对象

　 HANDLE hMutex= CreateMutex(NULL,FALSE,MutexToThread);

DWORD Err=GetLastError();

if(Err==ERROR_ALREADY_EXISTS) // 已经存在,等待

　 {

WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);//8000L);

　　　 hMutex= CreateMutex(NULL,FALSE,MutexToThread);

}

// 当一个线程结束时，检查是否全部认为完成

　 FSuccesss[Index]=true;

bool S=true;

for(int i=0;i<FHttpThreadCount;i++)

{

S = S && FSuccesss[i];

}

ReleaseMutex(hMutex);

if(S)// 下载完成，合并文件的各个部分

　 {

// 1. 复制第一部分

　　　 CopyFile(OutTmpFiles[0].c_str(),FOutFileName.c_str(),false);

// 添加其他部分

　　　 int hD=FileOpen(FOutFileName,fmOpenWrite);

FileSeek(hD,0,2); // 移动文件指针到末尾

　　　 if(hD==-1)

{

DoOnError();

return;

}

const int BufSize=1024*4;

char Buf[BufSize+4];

int Reads;

for(int i=1;i<FHttpThreadCount;i++)

{

int hS=FileOpen(OutTmpFiles[i],fmOpenRead);

// 复制数据

　　　　 Reads=FileRead(hS,(void *)Buf,BufSize);

while(Reads>0)

{

FileWrite(hD,(void *)Buf,Reads);

Reads=FileRead(hS,(void *)Buf,BufSize);

}

FileClose(hS);

}

FileClose(hD);

}

}



结语

到此，多线程下载的关键部分就介绍完了。但是在实际应用时，还有许多应该考虑的因素，如网络速度、断线等等都是必须 考虑的。当然还有一些细节上的考虑，但是限于篇幅，就难以一一写明了。如果读者朋友能够参照本文编写出自己满意的下载程序，我也就非常欣慰了。我也非常希 望读者能由此与我互相学习，共同进步。