补习系列(11)-springboot 文件上传原理

一、文件上传原理

一个文件上传的过程如下图所示：

1. 浏览器发起HTTP POST请求，指定请求头：
   Content-Type: multipart/form-data

2. 服务端解析请求内容，执行文件保存处理，返回成功消息。

RFC1867 定义了HTML表单文件上传的处理机制。
通常一个文件上传的请求内容格式如下：

POST /upload HTTP/1.1 
Host:xxx.org 
Content-type: multipart/form-data, boundary="boundaryStr"

--boundaryStr
content-disposition: form-data; name="name"

Name Of Picture
--boundaryStr
Content-disposition: attachment; name="picfile"; filename="picfile.gif"
Content-type: image/gif
Content-Transfer-Encoding: binary

...contents of picfile.gif...

其中boundary指定了内容分割的边界字符串；
Content-dispostion 指定了这是一个附件(文件)，包括参数名称、文件名称；
Content-type 指定了文件类型；
Content-Transfer-Encoding 指定内容传输编码；

二、springboot 文件机制

springboot 的文件上传处理是基于Servlet 实现的。
在Servlet 2.5 及早期版本之前，文件上传需要借助 commons-fileupload 组件来实现。
从Servlet 3.0规范之后，提供了对文件上传的原生支持，进一步简化了应用程序的实现。
以**Tomcat **为例，在文件上传之后通过将写入到临时文件，最终将文件实体传参到应用层，如下：

Tomcat 实现了 Servlet3.0 规范，通过ApplicationPart对文件上传流实现封装，
其中，DiskFileItem 描述了上传文件实体，在请求解析时生成该对象，
需要关注的是，DiskFileItem 声明了一个临时文件，用于临时存储上传文件的内容，
SpringMVC 对上层的请求实体再次封装，最终构造为MultipartFile传递给应用程序。

临时文件

临时文件的路径定义：

{temp_dir}/upload_xx_xxx.tmp

temp_dir是临时目录，通过 系统属性java.io.tmpdir指定，默认值为：

定制配置

为了对文件上传实现定制，可以在application.properties中添加如下配置：

//启用文件上传
spring.http.multipart.enabled=true 
//文件大于该阈值时，将写入磁盘，支持KB/MB单位
spring.http.multipart.file-size-threshold=0 
//自定义临时路径
spring.http.multipart.location= 
//最大文件大小(单个)
spring.http.multipart.maxFileSize=10MB
//最大请求大小(总体)
spring.http.multipart.maxRequestSize=10MB

其中 maxFileSize/maxRequestSize 用于声明大小限制，
当上传文件超过上面的配置阈值时，会返回400(BadRequest)的错误；
file-size-threshold是一个阈值，用于控制是否写入磁盘；
location是存储的目录，如果不指定将使用前面所述的默认临时目录。

这几个参数由SpringMVC控制，用于注入 Servlet3.0 的文件上传配置，如下：

public class MultipartConfigElement {

    private final String location;// = "";
    private final long maxFileSize;// = -1;
    private final long maxRequestSize;// = -1;
    private final int fileSizeThreshold;// = 0;

三、示例代码

接下来以简单的代码展示文件上传处理

A. 单文件上传

    @PostMapping(value = "/single", consumes = {
            MediaType.MULTIPART_FORM_DATA_VALUE }, produces = MediaType.TEXT_PLAIN_VALUE)
    @ResponseBody
    public ResponseEntity<String> singleUpload(@RequestParam("file") MultipartFile file) {
        logger.info("file receive {}", file.getOriginalFilename());

        // 检查文件内容是否为空
        if (file.isEmpty()) {
            return ResponseEntity.badRequest().body("no file input");
        }

        // 原始文件名
        String fileName = file.getOriginalFilename();

        // 检查后缀名
        if (!checkImageSuffix(fileName)) {
            return ResponseEntity.badRequest().body("the file is not image");
        }

        // 检查大小
        if (!checkSize(file.getSize())) {
            return ResponseEntity.badRequest().body("the file is too large");
        }

        String name = save(file);

        URI getUri = ServletUriComponentsBuilder.fromCurrentContextPath().path("/file/get").queryParam("name", name)
                .build(true).toUri();

        return ResponseEntity.ok(getUri.toString());

    }

在上面的代码中，我们通过Controller方法传参获得MultipartFile实体，而后是一系列的检查动作：
包括文件为空、文件后缀、文件大小，这里不做展开。
save 方法实现了简单的本地存储，如下：

    private String save(MultipartFile file) {

        if (!ROOT.isDirectory()) {
            ROOT.mkdirs();
        }
        try {
            String path = UUID.randomUUID().toString() + getSuffix(file.getOriginalFilename());
            File storeFile = new File(ROOT, path);
            file.transferTo(storeFile);
            return path;

        } catch (IllegalStateException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

B. 多文件上传

与单文件类似，只需要声明MultipartFile数组参数即可：

    @PostMapping(value = "/multi", consumes = {
            MediaType.MULTIPART_FORM_DATA_VALUE }, produces = MediaType.APPLICATION_JSON_UTF8_VALUE)
    @ResponseBody
    public ResponseEntity<List<String>> multiUpload(@RequestParam("file") MultipartFile[] files) {

        logger.info("file receive count {}", files.length);

        List<String> uris = new ArrayList<String>();
        for (MultipartFile file : files) {

C. 文件上传异常

如前面所述，当文件上传大小超过限制会返回400错误，为了覆盖默认的行为，可以这样：

    @ControllerAdvice(assignableTypes = FileController.class)
    public class MultipartExceptionHandler {
        @ExceptionHandler(MultipartException.class)
        public ResponseEntity<String> handleUploadError(MultipartException e) {
            return ResponseEntity.badRequest().body("上传失败:" + e.getCause().getMessage());
        }
    }

D. Bean 配置

SpringBoot 提供了JavaBean配置的方式，前面提到的几个配置也可以这样实现：

    @Configuration
    public static class FileConfig {
        @Bean
        public MultipartConfigElement multipartConfigElement() {
            MultipartConfigFactory factory = new MultipartConfigFactory();
            factory.setMaxFileSize("10MB");
            factory.setMaxRequestSize("50MB");
            return factory.createMultipartConfig();

        }
    }

四、文件下载

既然解释了文件上传，自然避免不了文件下载，
文件下载非常简单，只需要包括下面两步：

1. 读文件流；
2. 输出到Response；

这样，尝试写一个Controller方法：

    @GetMapping(path = "/get")
    public ResponseEntity<Object> get(@RequestParam("name") String name) throws IOException {

        ...
        File file = new File(ROOT, name);
        if (!file.isFile()) {
            return ResponseEntity.notFound().build();
        }

        if (!file.canRead()) {
            return ResponseEntity.status(HttpStatus.FORBIDDEN).body("no allow to access");
        }
        Path path = Paths.get(file.getAbsolutePath());

        ByteArrayResource resource = new ByteArrayResource(Files.readAllBytes(path));
        return ResponseEntity.ok().contentLength(file.length()).body(resource);
    }

这段代码通过参数(name)来指定访问文件，之后将流写入到Response。

接下来，我们访问一个确实存在的文件，看看得到了什么？

…

!! 没错，这就是文件的内容，浏览器尝试帮你呈现了。
那么，我们所期望的下载呢？ 其实，真实的下载过程应该如下图：

区别就在于，我们在返回响应时添加了Content-Disposition头，用来告诉浏览器响应内容是一个附件。
这样根据约定的协议，浏览器会帮我们完成响应的解析及下载工作。
修改上面的代码，如下：

    @GetMapping(path = "/download")
    public ResponseEntity<Object> download(@RequestParam("name") String name) throws IOException {

        if (StringUtils.isEmpty(name)) {
            return ResponseEntity.badRequest().body("name is empty");
        }

        if (!checkName(name)) {
            return ResponseEntity.badRequest().body("name is illegal");
        }

        File file = new File(ROOT, name);
        if (!file.isFile()) {
            return ResponseEntity.notFound().build();
        }

        if (!file.canRead()) {
            return ResponseEntity.status(HttpStatus.FORBIDDEN).body("no allow to access");
        }

        Path path = Paths.get(file.getAbsolutePath());
        ByteArrayResource resource = new ByteArrayResource(Files.readAllBytes(path));

        return ResponseEntity.ok().header("Content-Disposition", "attachment;fileName=" + name)
                .contentLength(file.length()).contentType(MediaType.APPLICATION_OCTET_STREAM).body(resource);
    }

继续尝试访问文件，此时应该能看到文件被正确下载了。

小结

文件上传开发是Web开发的基础课，从早期的Servlet + common_uploads组件到现在的SpringBoot，文件的处理已经被大大简化。

这次除了展示SpringBoot 文件上传的示例代码之外，也简单介绍了文件上传相关的协议知识点。对开发者来说，了解一点内部原理总是有好处的。

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