断点续传与个人网盘系统的前后端设计

功能设计

1. 登录鉴权：进入系统必须先登录，未登录无法访问到后端接口与网盘的静态资源
2. 上传：断点续传、文件秒传
3. 文件分享：生成一个随机密钥字符串与一个资源访问地址，输入密钥验证成功即可访问到该资源，密钥会在一定时间内过期
4. 回收站：删除后的文件默认先保留在回收站，7 天后自动删除
5. 文件操作: 新建文件夹、重命名、移动、删除、批量删除

技术选型

• 前端：使用 Vue 构建，使用 ElementUI 构建 UI，使用 vue-simple-uploader 插件实现上传的断点续传、文件秒传功能。
• 后端：使用 Koa 实现，直接使用 Koa 搭建静态资源服务器（即个人网盘资源目录），加入静态资源鉴权，使用原生 Nodejs 处理文件管理与上传功能。

问题与思考

Q：是否需要使用数据库，将文件信息保存到数据库中？

原则上，文件的增删查改都将使用原生 nodejs 进行操作，这些都不需要使用到数据库。但是原生 nodejs 并不能直接读取到文件的 MD5 值，在断点续传与秒传功能中就无法通过传来的 MD5 标识跟本地的文件进行匹配。所以还是需要建立一个含文件 MD5、文件路径等信息的数据表记录本地文件的 MD5。

Q：若使用了数据库记录文件 MD5 信息，怎么保证数据表的数据与本地物理存储是同步的？

如果进行文件操作并不是通过该文件管理系统，而是直接在 windows 上进入到网盘目录进行文件增删改，这时我们的应用是无法监听到文件的变更的，数据表数据并不会更新。这样就会出现我把某个文件删除了，但是数据表仍然记录了该文件是已经上传的情况。

原本是想采用使用定时器定时对本地文件与数据表进行数据同步，但是发现这样在后期文件多或嵌套深的情况下性能会很差，这种方式并不合适。

由于这些信息只是在文件断点续传与秒传功能中需要用到，后面采用的方案为：直接在预探请求中先判断数据库信息是否与本地物理存储相符，如果不相符则认为本地已不存在，需要重新上传。（原则上是不推荐直接使用 windows 进入目录进行文件操作，而是都通过这个文件管理系统进行文件操作）

Q: 同一个文件，但存在于网盘不同目录下，同时在不同目录删除该文件，回收站中是否会冲突？

删除文件时，使用原文件名+时间(yyyy-MM-dd HH:mm:ss)进行重命名后再移动文件到回收站。同时需要往数据库记录文件删除的信息，删除前的文件路径与删除时间等，以便实现文件还原与回收站定时清理的功能。

Q：文件夹并无 MD5 值，删除文件夹如何确保可以还原？

删除文件夹与删除文件属于同样的操作，也是通过文件夹名+时间重命名后移动到回收站目录。但是数据库中需要使用一个新的数据表记录文件夹的删除信息。

实现

文件鉴权

登录时保留 session, 然后使用一个中间件鉴权，如果没有 session 则不允许访问系统除登录接口外的其他任何请求，包括静态资源。使用 koa-static 构建静态资源服务器，并将 defer 属性设置为 true，让它允许通过鉴权中间件。

// ...
app.use(async (ctx, next) => {
  if (ctx.url.includes("/storage") && ctx.url !== "/storage/login") {
    if (!ctx.session.isLogin) {
      ctx.body = r.loginError();
      return;
    }
  }
  await next();
});

// ...
app.use(
  static(__dirname + "/public", {
    defer: true,
  })
);

// ...
const router = new Router({
  prefix: "/storage",
});

// ...
router.post("/login", async (ctx) => {
  const { access } = ctx.request.body;
  if (!access) {
    ctx.body = r.parameterError();
    return;
  }
  try {
    const base64Decode = new Buffer.from(access, "base64");
    const genAccess = base64Decode.toString();
    if (storageRootKey !== genAccess) {
      ctx.body = r.error(311, "密码错误");
      return;
    }
    ctx.session.isLogin = true;
    logger("登入Storage");
    ctx.body = r.success();
  } catch (e) {
    ctx.body = r.error(310, "登录失败");
  }
});

这里设置的文件系统接口为 storage/*，静态资源服务器为 public/storage，登录时前后端会把密码进行简单 base64 转码。

若未登录直接访问静态资源，则回返回错误信息。

未登录直接访问

登录后在访问

断点续传与文件秒传

文件 md5 计算

实现断点续传与文件秒传的前提是需要确定出文件的唯一标识，最好的方式是计算出文件的 md5 值。

由于选择的 vue-simple-uploader 没有直接提供文件 md5 计算的 api，因此需要手动实现。这里采用 spark-md5 插件计算文件的 md5，在 file-added 事件中，直接用 fileReader 读取文件，根据每个切片循环算出 md5。

注意尽量不要直接一次读取整个文件的 md5，直接读取大文件在 IE 浏览器中有可能会出现卡死的情况，遍历读取每个切片可以减轻浏览器计算压力。

methods: {
  hanldeFileAdd (file) {
    const fileList = this.$refs.uploader.files
    const index = fileList.findIndex(item => item.name === file.name)
    if (~index) {
      file.removeFile(file)
    } else {
      file.targetPath = this.currentPath
      this.computeMD5(file)
    }
  },
  computeMD5 (file) {
    const fileReader = new FileReader()
    const blobSlice = File.prototype.slice || File.prototype.mozSlice || File.prototype.webkitSlice
    let currentChunk = 0
    const chunkSize = CHUNK_SIZE
    const chunks = Math.ceil(file.size / chunkSize)
    const spark = new SparkMD5.ArrayBuffer()
    this.$nextTick(() => {
      this.createMD5Element(file)
    })
    loadNext()
    fileReader.onload = e => {
      spark.append(e.target.result)
      if (currentChunk < chunks) {
        currentChunk++
        loadNext()
        this.$nextTick(() => {
          this.setMD5ElementText(file, `校验MD5 ${((currentChunk / chunks) * 100).toFixed(0)}%`)
          document.querySelector(`.uploader-list .file-${file.id} .uploader-file-actions`).style.display = 'none'
        })
      } else {
        const md5 = spark.end()
        file.uniqueIdentifier = md5
        file.resume()
        this.destoryMD5Element(file)
        document.querySelector(`.uploader-list .file-${file.id} .uploader-file-actions`).style.display = 'block'
      }
    }
    fileReader.onerror = function () {
      this.$nextTick(() => {
        this.setMD5ElementText(file, '校验MD5失败')
      })
      file.cancel()
    }
    function loadNext () {
      const start = currentChunk * chunkSize
      const end = ((start + chunkSize) >= file.size) ? file.size : start + chunkSize
      fileReader.readAsArrayBuffer(blobSlice.call(file.file, start, end))
    }
  },
  createMD5Element (file) {
    this.$nextTick(() => {
      const el = document.querySelector(`.uploader-list .file-${file.id} .uploader-file-status`)
      const MD5Status = document.createElement('div')
      MD5Status.setAttribute('class', 'md5-status')
      el.appendChild(MD5Status)
    })
  },
  destoryMD5Element (file) {
    this.$nextTick(() => {
      const el = document.querySelector(`.uploader-list .file-${file.id} .uploader-file-status .md5-status`)
      if (el) {
        el.parentNode.removeChild(el)
      }
    })
  },
  setMD5ElementText (file, text) {
    const el = document.querySelector(`.uploader-list .file-${file.id} .uploader-file-status .md5-status`)
    if (el) {
      el.innerText = text
    }
  }
}

将计算完的 MD5 直接替换到 file 对象的 uniqueIdentifier 属性上，最终发送的请求中的 identifier 将是文件的 MD5，后端通过该字段进行识别。

Vue-simple-uploader 文件列表状态需要加入计算 MD5 相关状态，可以通过 css 为原文件列表增加多一层 md5 状态层，然后通过相关事件进行显隐。

断点续传

默认 Vue-simple-uploader 提供了文件上传时的暂停/开始操作，你可以在上传过程中随时暂停。但是这个并不是真正的断点续传，因为页面刷新后，上传状态并没有保存下来，仍会重新从第一片重新上传。若将状态保留到 localstorage 中，仍是不太现实的，最好的方式是由后端返回是否需要当前这个切片，因为后端能知道当前该文件已上传的切片。

testChunks 属性设为 true（默认）时，每个切片会先发送一个不含文件流的预探 get 请求给后端，通过后端返回的 http 状态码（可更改）判断该切片是否需要发送。

默认每个切片都会发送一个预探请求，这样假如一个 10 个切片的文件就会产生 20 个请求，造成浪费。最理想的情况是预探请求只发送一个。新版 simple-uplder 也考虑到这点，并提供了 checkChunkUploadedByResponse 属性，可以将预探请求设置为一个，后端为这个预探请求直接返回当前已经有的切片数组，然后前端直接判断切片请求是否需要发送。

例：文件上传到一半，点了暂停，然后刷新网页，再重新上传。文件校验完 Md5 后，预探请求返回已存在的切片数组[1~25]，然后真正切片请求会直接从第 26 片开始上传。

前端处理

// 前端vue-simple-uploader配置项
options: {
  target: (instance, chunk, isTest) => isTest ? '/api/storage/testUpload' : '/api/storage/upload',
  query: () => {
    return {
      targetPath: this.currentPath
    }
  },
  chunkSize: CHUNK_SIZE,
  allowDuplicateUploads: false,
  checkChunkUploadedByResponse: (chunk, message) => {
    const response = JSON.parse(message)
    const existChunk = response.data.map(item => ~~item)
    return existChunk.includes(chunk.offset + 1)
  }
}

其中/storage/testUpload 为预探请求（get），storage/upload 为真正切片上传请求（post）。checkChunkUploadedByResponse 控制只上传后端不存在的切片。

后端处理

router.get("/testUpload", async (ctx) => {
  const { identifier, filename, targetPath = "$Root", totalChunks } = ctx.query;
  const chunkFolderURL = `${storageChunkPath}/${identifier}`;
  try {
    const checkExistResult = await query(
      `select * from storage where id = ? and isComplete = 1 and isDel = 0`,
      identifier
    );
    // 检查是否已经完整上传过该文件
    if (checkExistResult.length > 0) {
      let { fullPath } = checkExistResult[0];
      let realPath = fullPath.replace("$Root", storageRootPath);
      // 检查当前DB信息是否与物理存储相符
      if (fs.existsSync(realPath)) {
        // 检查目标位置是否与之前上传的位置一样，不一致则复制过去
        let targetFilePath = `${targetPath}/${filename}`;
        if (fullPath !== targetFilePath) {
          targetFilePath = targetFilePath.replace("$Root", storageRootPath);
          fs.copyFileSync(realPath, targetFilePath);
        }
        // 返回全部分片数组
        const chunksArr = Array.from(
          { length: totalChunks },
          (item, index) => index + 1
        );
        ctx.body = r.successData(chunksArr);
        return;
      }
    }
    if (!fs.existsSync(chunkFolderURL)) {
      fs.mkdirSync(chunkFolderURL, { recursive: true });
      const now = DateFormat(new Date(), "yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
      const sql = `replace into storage(id, fullPath, updatedTime, isComplete, isDel) values(?, ?, ?, 0, 0)`;
      await query(sql, [identifier, `${targetPath}/${filename}`, now]);
      ctx.body = r.successData([]);
    } else {
      const ls = fs.readdirSync(chunkFolderURL);
      ctx.body = r.successData(ls);
    }
  } catch (e) {
    ctx.status = 501;
    ctx.body = r.error(306, e);
  }
});

router.post("/upload", async (ctx) => {
  const {
    chunkNumber,
    identifier,
    filename,
    totalChunks,
    targetPath = "$Root",
  } = ctx.request.body;
  const { file } = ctx.request.files;
  const chunkFolderURL = `./public/storage-chunk/${identifier}`;
  const chunkFileURL = `${chunkFolderURL}/${chunkNumber}`;
  if (chunkNumber !== totalChunks) {
    const reader = fs.createReadStream(file.path);
    const upStream = fs.createWriteStream(chunkFileURL);
    reader.pipe(upStream);
    ctx.body = r.success();
  } else {
    const targetFile = `${targetPath}/${filename}`.replace(
      "$Root",
      storageRootPath
    );
    fs.writeFileSync(targetFile, "");
    try {
      for (let i = 1; i <= totalChunks; i++) {
        const url = i == totalChunks ? file.path : `${chunkFolderURL}/${i}`;
        const buffer = fs.readFileSync(url);
        fs.appendFileSync(targetFile, buffer);
      }
      const now = DateFormat(new Date(), "yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
      const sql = `update storage set isComplete = 1, updatedTime = ? where id = ?`;
      await query(sql, [now, identifier]);
      ctx.body = r.success();
      deleteFolder(chunkFolderURL);
      logger(
        "文件上传成功",
        1,
        `targetFile: ${targetFile}, MD5:${identifier}, 切片源删除成功`
      );
    } catch (e) {
      ctx.status = 501;
      ctx.body = r.error(501, e);
      logger("文件合并失败", 0, `分片丢失 => ${e}`);
      fs.unlinkSync(targetFile);
    }
  }
});

在 testUpload 请求中，通过数据库与本地切片生成已存在的切片数组给前端，若从未传过还需要更新数据库记录。

在 upload 请求中，对每个切片使用 nodejs 管道流进行读写，将文件保留在 chunk 文件夹中，并以 md5 值为文件名，存放目标文件的切片。当遇到最后一个切片时，执行合并文件操作（需要注意，最后一个切片由于流未关闭，这个时刻最后一个切片文件是还没保存到本地，只是可以直接读取临时文件）。合并文件完成后，删除切片文件夹，并更新数据库信息，记录该文件已经完成。

当上传一个本地已经存在的文件时，由于数据库记录了该 md5 文件是已经完成的，所以预探请求会返回全部切片数组，前端就不会再发送 upload 请求从而实现了文件秒传。即使上传的目标目录与本地已存在文件处在不同目录，在预探请求时识别到时，也会进行复制操作，前端也不需要再传。

断点续传演示

上传过程暂停，然后刷新页面，重新上传同一个文件，可以发现文件是从上传暂停的地方重新开始。

文件秒传演示

上传上面演示的同一个文件，由于发现是已经存在的文件，则会直接返回成功。

至此，一个断点续传、秒传功能的前后端都实现完了。

另外该系统还有一些对文件进行移动、删除、下载的功能都是比较简单的，基本都是使用 nodejs 的 fs 模块就能实现，这里就不细说了。

该系统前端 Git: https://github.com/leon-kfd/FileSystem

由于目前该后端是嵌入到了本人的其他系统里面，还未能开源，等有空会整理出一份。同时系统部分功能由于时间问题也还没有空去完善，望见谅。