浅谈一下Java多线程断点复制

Java
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2023-05-05
SpringBoot线程池和Java线程池的使用和实现原理解析
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标签   Java多线程
目录
  • 细节介绍
  • 代码部分
  • 定时任务类
  • 记录信息类
  • 复制线程类
  • 复制工具类
  • 总结

上次写了一个利用 RandomAccessFile 和 多线程实现的多线程复制，但是没有增加断点复制的功能。这里的断点复制是指：当程序执行中断时（出现错误、断电关机），仍可以从上次复制过程中重新开始（不必从头开始复制）。 多线程复制博客

细节介绍

我这里是使用一个Timer类(java.util.Timer)来实现断点功能的，就是使用这个类，每隔一段时间进行一次记录，记录的内容是每个线程复制的进度。

Timer 类的介绍：

A facility for threads to schedule tasks for future execution in a background thread. Tasks may be scheduled for one-time execution, or for repeated execution at regular intervals. 线程在后台线程中调度任务以供将来执行的工具。任务可以安排为一次性执行，也可以安排为定期重复执行。

根据 API 中的介绍可以看出，这个 Timer 类可以只执行一次任务，也可以周期性地执行任务。（注意这个类是 java.util.Timer 类，不是 javax 包下面的类。）

这个类的有很多和时间相关的方法，这里就不介绍了，感兴趣的可以去了解，这里只介绍我们需要使用的一个方法。

public void schedule(TimerTask task, long delay, long period)
Schedules the specified task for repeated fixed-delay execution beginning after the specified delay. Subsequent executions take place at approximately regular intervals separated by the specified period. 为指定的任务安排在指定延迟之后开始的重复固定延迟执行。随后的执行发生在按规定时间间隔的大致间隔。

使用这个方法，按照一个固定的时间间隔记录各个线程的复制进度信息即可。

代码部分

定时任务类

package dragon.local;

import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.util.List;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;

public class RecordTask extends TimerTask {
	public static final String filename = "breakPointRecord.txt";
	private Timer timer;
	private List<FileCopyThread> copyThreads;
	private String outputPath;
	
	public RecordTask(Timer timer, List<FileCopyThread> copyThreads, String outputPath) {
		this.timer = timer;
		this.copyThreads = copyThreads;
		this.outputPath = outputPath;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		try {
			this.breakPointRecord();
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	public void breakPointRecord() throws FileNotFoundException, IOException {
		int aliveThreadNum = 0;  //存活线程数目
		//不使用追加方式，这里只需要最新的记录即可。
		File recordFile = new File(outputPath, filename);
		try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(recordFile))){
			//每次记录一个线程的下载位置，但是取出来又需要进行转换，太麻烦了。
			//我们直接使用序列化来进行操作，哈哈！
			long[] curlen = new long[4];
			int index = 0;
			for (FileCopyThread copyThread : copyThreads) {
				if (copyThread.isAlive()) {
					aliveThreadNum++;
				}
				curlen[index++] = copyThread.getCurlen();
				System.out.println(index+" curlen: "+copyThread.getCurlen());
			}
			//创建 Record 对象，并序列化。
			oos.writeObject(new Record(curlen));
		}
		//当所有的线程都死亡时，关闭计时器，删除记录文件。（所有线程死亡的话，就是文件已经复制完成了！）
		if (aliveThreadNum == 0) {
			timer.cancel();
			recordFile.delete();
		}
		System.out.println("线程数量： "+aliveThreadNum);
	}
}

说明：

if (aliveThreadNum == 0) {
	timer.cancel();
	recordFile.delete();
}

如果线程都已经结束了，就表示程序已经正常执行结束了。这个时候就删除记录文件。这里这个记录文件是一个标志（flag），如果存在记录文件就表示程序没有正常结束，再次启动时，会进行断点复制。

注意：这里没有考虑复制过程中的 IO 异常，如果线程抛出 IO 异常，那么线程的状态也是结束了。但是考虑，本地文件复制出现 IO 异常的情况还是比较少的，就没有考虑，如果是网络下载的话，这个程序的功能可能就需要进行改进了。

记录信息类

每次需要依次写入各个线程的信息，但是读取出来还需要进行转换，还是感觉过于麻烦了，这里直接利用Java的序列化机制了。 有时候，直接操作对象是很方便的。 注意： 数组的下标表示的就是每个线程的位置。

package dragon.local;

import java.io.Serializable;

public class Record implements Serializable{
	/**
	 * 序列化 id
	 */
	private static final long serialVersionUID = 1L;
	private long[] curlen;
	
	public Record(long[] curlen) {
		this.curlen = curlen;
	} 
	
	public long[] getCurlen() {
		return this.curlen;
	}
}

复制线程类

package dragon.local;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;

public class FileCopyThread extends Thread {
	private int index;
	private long position;
	private long size;
	private File targetFile;
	private File outputFile;
	private long curlen;      //当前下载的长度
	
	public FileCopyThread(int index, long position, long size, File targetFile, File outputFile) {
		this.index = index;
		this.position = position;
		this.size = size;
		this.targetFile = targetFile;
		this.outputFile = outputFile;
		this.curlen = 0L;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		try (
			BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(targetFile));
			RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(outputFile, "rw")){
			bis.skip(position);  //跳过不需要读取的字节数，注意只能先后跳
			raf.seek(position);  //跳到需要写入的位置，没有这句话，会出错，但是很难改。
			int hasRead = 0;
			byte[] b = new byte[1024];
			/**
			 * 注意，每个线程只是读取一部分数据，不能只以 -1 作为循环结束的条件
			 * 循环退出条件应该是两个，即写入的字节数大于需要读取的字节数 或者 文件读取结束（最后一个线程读取到文件末尾）
			 */
			while(curlen < size && (hasRead = bis.read(b)) != -1) {
				raf.write(b, 0, hasRead);
				curlen += (long)hasRead;
				//强制停止程序。
//				if (curlen > 17_000_000) {
//					System.exit(0);
//				}
			}

			System.out.println(index+" "+position+" "+curlen+" "+size);
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	public long getCurlen() {   //获取当前的进度，用于记录，以便必要时恢复读取进度。
		return position+this.curlen;
	}
}

这段代码是为了测试断点复制的。如果你想要进行测试，可以将 if 判断中的条件按照你要复制的文件大小进行相应的调整。如果要进行测试，可以先将这段代码的注释取消再执行程序（然后程序退出，这时候文件没有复制完成。），然后再将这段代码注释再次执行程序，文件将会复制成功。

				//强制停止程序。
//				if (curlen > 17_000_000) {
//					System.exit(0);
//				}

复制工具类

package dragon.local;

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Timer;



/**
 * 设计思路：
 * 获取目标文件的大小，然后设置复制文件的大小（这样做是有好处的），
 * 然后使用将文件分为 n 分，使用 n 个线程同时进行复制（这里我将 n 取为 4）。
 * 
 * 进一步拓展：
 * 加强为断点复制功能，即程序中断以后，
 * 仍然可以继续从上次位置恢复复制，减少不必要的重复开销
 * */

public class FileCopyUtil {
	//设置一个常量，复制线程的数量
	private static final int THREAD_NUM = 4;
	
	private FileCopyUtil() {}
	
	/**
	 * @param targetPath 目标文件的路径
	 * @param outputPath 复制输出文件的路径
	 * @throws IOException 
	 * @throws ClassNotFoundException 
	 * */
	public static void transferFile(String targetPath, String outputPath) throws IOException, ClassNotFoundException {
		File targetFile = new File(targetPath);
		File outputFilePath = new File(outputPath);
		if (!targetFile.exists() || targetFile.isDirectory()) {   //目标文件不存在，或者是一个文件夹，则抛出异常
			throw new FileNotFoundException("目标文件不存在："+targetPath);
		}
		if (!outputFilePath.exists()) {     //如果输出文件夹不存在，将会尝试创建，创建失败，则抛出异常。
			if(!outputFilePath.mkdir()) {
				throw new FileNotFoundException("无法创建输出文件："+outputPath);
			}
		}
		
		long len = targetFile.length();
		
		File outputFile = new File(outputFilePath, "copy"+targetFile.getName());
		createOutputFile(outputFile, len);    //创建输出文件，设置好大小。
		
		//创建计时器 Timer 对象
		Timer timer = new Timer();
	
		long[] position = new long[4];
		//每一个线程需要复制文件的起点
		long size = len / FileCopyUtil.THREAD_NUM + 1;     //保存复制线程的集合
		List<FileCopyThread> copyThreads = new ArrayList<>();
		Record record = getRecord(outputPath);
		
		for (int i = 0; i < FileCopyUtil.THREAD_NUM; i++) {
			//如果已经有了 记录文件，就从使用记录数据，否则就是新的下载。
			position[i] = record == null ? i*size : record.getCurlen()[i];
			FileCopyThread copyThread = new FileCopyThread(i, position[i], size, targetFile, outputFile);
			copyThread.start();     //启动复制线程
			copyThreads.add(copyThread);   //将复制线程添加到集合中。
		}
	
		timer.schedule(new RecordTask(timer, copyThreads, outputPath), 0L, 100L);  //立即启动计时器，每隔10秒记录一次位置。
		System.out.println("开始了！");
	}
	
	//创建输出文件，设置好大小。
	private static void createOutputFile(File file, long length) throws IOException {
		try (   
			RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "rw")){
			raf.setLength(length);
		}
	}
	
	//获取以及下载的位置
	private static Record getRecord(String outputPath) throws FileNotFoundException, IOException, ClassNotFoundException {
		File recordFile = new File(outputPath, RecordTask.filename);
		if (recordFile.exists()) {
			try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(recordFile))){
				return (Record) ois.readObject();
			}
		}
		return null;
	}
}

说明： 根据复制的目录中，是否存在记录文件来判断是否启动断点复制。

private static Record getRecord(String outputPath) throws FileNotFoundException, IOException, ClassNotFoundException {
		File recordFile = new File(outputPath, RecordTask.filename);
		if (recordFile.exists()) {
			try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(recordFile))){
				return (Record) ois.readObject();
			}
		}
		return null;
	}

启动断点复制原来其实很简单，就是和复制一样，只不过起始复制位置变成了记录的位置了。

//如果已经有了 记录文件，就从使用记录数据，否则就是新的下载。
position[i] = record == null ? i*size : record.getCurlen()[i];

总结

采用定时记录的方法，感觉也是很不错的，但是似乎又一个问题，当程序正在记录序列化信息的时候，如果出现了错误（导致序列化信息没有写入完整），当反序列化读取的时候，会抛出 EOFException 。不过这种情况很少发生，但是似乎在强制关闭tomcat的过程中，可能会出现这个问题。（Tomcat的序列化信息很多，IO 时间较长，但是我这里记录的信息很少的，就只是一个 Java 对象而已。）

如果出现了这个异常，解决办法就是删除记录文件，但是因为这个错误就无法使用断点复制的功能了。

关于多线程下载的那部分我没有写，我自己想了好久，没有想出来很好的方法（我对于线程不是很了解），我参考了网上的几个实现（都是将每个线程的记录写入一个单独文件中，但是感觉这样不是很好，我是想写入一个文件中，但是这样又很麻烦。）。我想写一个自己的方法，但是没有想出来，就暂时放弃了。

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