Java 實現 HTTP 多執行緒斷點續傳下載器（核心原理與關鍵程式碼解析）

整體架構設計

1. 連接資源伺服器：取得檔案總長度（Content-Length），建立本地檔案預分配空間。
2. 切分資源、多執行緒下載：將總長度均分 N 段，每段啟動一執行緒，透過 HTTP Range 標頭請求對應位元組區間。
3. 斷點續傳：即時記錄每執行緒已下載位元組數（curPos），序列化整個任務物件至磁碟；重啟時反序列化恢復，續傳邏輯僅將 startPos 替換為 curPos。
4. 進度監聽與速率統計：獨立監聽執行緒定期序列化任務、計算並輸出平均下載速率。

核心類別設計

1. 下載任務物件（可序列化）

public class DLTask implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private URL url;
    private File file;                    // 臨時檔 (.tmp)
    private String filename;              // 最終檔名
    private int threadCount = 10;         // 執行緒數
    private int contentLength;            // 總長度
    private long completedTotal;          // 已完成總位元組
    private boolean isNewTask = true;     // 是否全新任務
    private DLThread[] dlThreads;         // 子執行緒陣列
    private transient DLListener listener; // 監聽器（不序列化）

    // getter/setter 略
}

2. 下載執行緒

public class DLThread implements Runnable {
    private DLTask task;
    private int id;
    private long startPos, endPos, curPos;
    private long readBytes;
    private boolean finished;
    private static final int BUFFER_SIZE = 4096;

    public DLThread(DLTask task, int id, long startPos, long endPos) { ... }

    @Override
    public void run() {
        try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(task.getFile(), "rw")) {
            URLConnection conn = task.getUrl().openConnection();
            conn.setAllowUserInteraction(true);

            // 斷點續傳關鍵：isNewTask 決定起始位置
            if (task.isNewTask()) {
                conn.setRequestProperty("Range", "bytes=" + startPos + "-" + endPos);
                raf.seek(startPos);
                curPos = startPos;
            } else {
                conn.setRequestProperty("Range", "bytes=" + curPos + "-" + endPos);
                raf.seek(curPos);
            }

            try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(conn.getInputStream())) {
                byte[] buf = new byte[BUFFER_SIZE];
                int len;
                while (curPos < endPos && (len = bis.read(buf)) != -1) {
                    raf.write(buf, 0, len);
                    curPos += len;
                    readBytes += len;
                }
            }
            finished = true;
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

3. 監聽執行緒：持久化 + 速率統計

public class DLListener implements Runnable {
    private DLTask task;
    private long startTime;

    public DLListener(DLTask task) {
        this.task = task;
        this.startTime = System.currentTimeMillis();
    }

    @Override
    public void run() {
        while (!task.isComplete()) {
            long completed = task.getCompletedTotal();
            long elapsedSec = (System.currentTimeMillis() - startTime) / 1000;
            double speedKB = elapsedSec > 0 ? (completed / 1024.0) / elapsedSec : 0;
            System.out.printf("Speed: %.1f KB/s  %.1f%%%n", speedKB, task.getCurPercent());

            persistTask();  // 序列化任務到 .tsk 檔
            try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException ignored) {}
        }
        // 完成：重命名 .tmp → 正式檔名
        task.getFile().renameTo(new File(task.getFilename()));
        System.out.println("下載完成，耗時 " + formatTime(task.getCostTime()));
    }

    private void persistTask() {
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(
                new FileOutputStream(task.getFilename() + ".tsk"))) {
            oos.writeObject(task);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4. 任務恢復入口

private void resumeTask() {
    // 反序列化 .tsk 檔還原 DLTask 物件
    try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
            new FileInputStream(filename + ".tsk"))) {
        task = (DLTask) ois.readObject();
    } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
    task.setNewTask(false);  // 標記為續傳
    task.setListener(new DLListener(task));

    // 重新啟動所有執行緒
    for (DLThread t : task.getDlThreads()) {
        t.setTask(task);
        threadPool.execute(t);
    }
    threadPool.execute(task.getListener());
}

關鍵技術點總結

生產級擴充建議

• 校驗完整性：下載完成後驗證 MD5/SHA-256。
• 限速控制：Token Bucket 或 RateLimiter（Guava）於寫入迴圈限流。
• 多來源下載：支援多鏡像 URL，分段並行下載合併。
• 介面解耦：定義 DownloadListener 回調介面，支援 Swing/JavaFX/Web 前端進度顯示。
• 錯誤重試：指數退避重試、失效分片標記重新調度。
• 序列化替代：JSON (Jackson/Gson) 或 Protobuf 替代 Java 序列化，跨語言、版本演進更安全。