断点续传软件研究

　　在如今的网络应用中，文件的传送是重要的功能之一，也是共享的基础。一些重要的协议像HTTP，FTP等都支持文件的传送。尤其是FTP，它的全称就是“文件传送协议”，当初的工程师设计这一协议就是为了解决网络间的文件传送问题，而且以其稳定，高速，简单而一直保持着很大的生命力。作为一个程序员，使用这些现有的协议传送文件相当简单，不过，它们只适用于服务器模式中。这样，当我们想在点与点之间传送文件就不适用了或相当麻烦，有一种大刀小用的意味。所以一款简单有效，且具备多线程断点续传的软件就成为了必要。

　　1 引言

　　以往我们软件开发的程序大多是单线程的，即一个程序只有一条从头至尾的执行线索。然而现实世界中的很多过程都具有多条线索同时动作的特性。例如，我们可以一边看电视，一边活动胳膊，如果不容许这样做，我们会感觉很难受。再如一个网络服务器可能需要同时处理多个客户机的请求等。C++语言的一大特性就是内置对多线程的支持。多线程是指同时存在几个执行体，按几条不同的执行线索共同工作的情况，它使得编程人员可以很方便地开发出具有多线程功能、能同时处理多个任务的功能强大的应用程序。自从“多线程下载”技术发明以来，这项技术得到前所未有的关注已是不争的事实。在“网络蚂蚁”软件流行开后，许多下载软件也都纷纷效仿，是否具有“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。

　　2 系统开发的目的

　　多线程和传统的单线程在程序设计上最大的区别在于，由于各个线程的控制流彼此独立，使得各个线程之间的代码是乱序执行，由此带来的线程调度问题。由于是多线程进行断点续传，还要考虑记录多个断点位置，且记录断点位置时也要考虑同步互斥等问题。所有这些都使得这一步比较复杂。但是可以明显提高网络文件的下载速度。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。

　　3 可行性分析

　　下载程序功能模块的实现主要利用了面向对象的c++高级编程语言。

　　多线程编程技术是c++语言的重要特点。多线程编程的含义是将程序任务分成几个并行的子任务。特别是在网络编程中，有很多功能是可以并发执行的。

　　C++中实现多线程的类有两种方法：1.扩展Thread类，CreateThread创建线程用它覆盖Thread类的run方法。2. CFile 文件读取，生成实现Runnable接口的类并将其它的实例与Thread实例相关联。

　　Thread类是负责向其它类提供线程支持的最主要的类，要使用一个类具有线程功能，在C++中只要简单地从Thread类派生一个子类就可以了。

　　下载程序的具备友好的用户界面，而且操作简单易于被用户接收，使用此下载程序十分方便，因为软件的操作思路比较清晰，而且用户实际操作的内容较少，所以用户只需要熟练操作计算机即可。因此从使用操作方面看，此系统得开发是可行的

　　4 用户需求分析

　　随着Internet的发展，进入信息时代后快速获得网络共享资源成为很简单的事情，人们对互联网也有了很大的依赖性。人们甚至希望只轻松点击鼠标就可以得到自己想要的东西。比如，针对一些专业的论坛提供了很多相关资料以方便人们阅读或了解;还有更多的人希望能过下载到他们喜欢听得音乐、好看的图片、喜欢的电影等等。也可以看出人们在上网时再也不单是打开浏览器来浏览网页，越来越多的人们开始使用下载软件来获取资源。同时人们也更希望使用更新更快的下载软件。

　　由于用户下载需求的增大，也要求下载软件能够迅速完成对资源的下载。多线程程序设计可以很好的解决程序并发的问题。最恰当的比喻就是用户会感到CPU似乎同时出现在两个地方，在下载软件中应用多线程技术可以理解为将一个下载任务分成若干份来完成，其中的并发控制将使下载的效率大大提高。

　　在下载任务的管理这一块，用户不仅希望下载工具具有下载一个一个资源的功能，而且具有批量下载有些相似的或有关联的资源的功能。还有些特殊情况下，用户在下载任务开始后由于种种原因希望放弃资源的下载，这就要求下载工具具有删除任务的功能了。

　　为了对下载任务进行掌控，用户往往具有设置下载任务的线程数，文件下载网址，文件下载存储目录和在下载过程中对下载任务的状态进行监控等功能需求。

　　鉴于某些软件使用初学者甚至某些电脑初学者的实际情况，他们往往需要系统有一个格外的帮助文档，使他们能够更快、更好地学会使用断点续传下载软件，提高效率。

　　5 系统设计要点

　　随着用户下载需求的增大，用户下载的资源越来越大，下载的过程也就越来越久，这就要求下载软件能够迅速完成对资源的下载，为了提高下载效率的问题，所以本系统采用多线程的方式来实现下载速率的提高。多线程的优点之一是所有线程都可以访问相同的全局变量和共享资源，它提供了程序设计的简捷性与便利性，提高了对信息处理的并发度，但也带来了数据的讹误或线程得不到某一资源而被饿死(即死锁)的可能性。为了避免这些现象的产生，线程在使用共享资源或对象前必须获得一个约束访问同步对象的权力，也就是通过同步的机制来控制这种权力的使用，这就是线程的安全问题。长期以来，断点续传始终是困扰网虫们的一大难题，眼看着已经下载到99%的软件，却由于突然掉线而前功尽弃的那种沮丧恐怕人人都经历过，于是本系统采用断点续传的方式来设计。

　　本系统设计的基本目标就是利用编写一个时下流行的多线程断点续传的程序来研究C++多线程与线程安全的机制。

　　6 功能需求

　　一部分是服务器的应用程序，主要用于接受客户端的连接请求，处理客户的请求，向客户发送结果和应答信息等;一部分是客户端的应用程序，主要用于申请连接服务器，向服务器发送请求和处理服务器返回的结果等。

　　服务器的启动、客户端的连接和消息通信：

　　服务器端必须能够做3件事情：

　　(1)服务器要在特定的端口上等待来自聊天客户的连接请求，并且需要维护一个客户连接表，以记录所有成功的连接。

　　(2)服务器要及时添加共享的文件目录，从而供客户端下载

　　(3)服务器还要具有与客户端通信的能力。

　　信息通信

　　客户端聊天程序需要完成以下5个功能：

　　(1)客户端聊天程序要负责建立和维护与服务器的连接，通过获取用户的设置尝试与服务器的连接，并且随时检测连接的状态。

　　(2)客户端聊天程序要把用户输入的信息及时发送到聊天服务器。一般情况下，当用户输入一行信息并且按下回车键之后聊天程序就要把这一行信息发送出去，才能及时地满足用户的交互需求。

　　(3)客户端聊天程序要随时准备好接收来自服务器的信息，随时把接收到的信息显示出来，让用户及时看到对方的响应。

　　(4)在用户退出聊天过程时要关闭与服务器的连接。比较好的做法是提前通知服务器，或者直接给服务器发送一条退出通知，使得服务器能够及时掌握客户端的连接状态，把对方客户的退出信息及时发送到对等实体上。

　　(5)客户端与服务哭端连接成功后必须知道服务器端的共享信息，以便自己可以有选择的进行下载。

　　作者：徐杰 来源：中国科技博览 2015年29期

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