使用Node.js實(shí)現(xiàn)HTTP 206內(nèi)容分片的教程

更新時(shí)間：2015年06月23日 11:08:17 投稿：goldensun

這篇文章主要介紹了使用Node.js實(shí)現(xiàn)HTTP 206內(nèi)容分片的教程,Node.js是一款用于服務(wù)器端的JavaScript框架,需要的朋友可以參考下

介紹

在本文中，我會(huì)闡述HTTP狀態(tài)206 分部分內(nèi)容的基礎(chǔ)概念，并使用Node.js一步步地實(shí)現(xiàn)它. 我們還將用一個(gè)基于它用法最常見場(chǎng)景的示例來測(cè)試代碼：一個(gè)能夠在任何時(shí)間點(diǎn)開始播放視頻文件的HTML5頁面.
Partial Content 的簡(jiǎn)要介紹

HTTP 的 206 Partial Content 狀態(tài)碼和其相關(guān)的消息頭提供了讓瀏覽器以及其他用戶代理從服務(wù)器接收部分內(nèi)容而不是全部?jī)?nèi)容，這樣一種機(jī)制. 這一機(jī)制被廣泛使用在一個(gè)被大多數(shù)瀏覽器和諸如Windows Media Player和VLC Player這樣的播放器所支持視頻文件的傳輸上.

基礎(chǔ)的流程可以用下面這幾步描述:

瀏覽器請(qǐng)求內(nèi)容.
服務(wù)器告訴瀏覽器，該內(nèi)容可以使用 Accept-Ranges 消息頭進(jìn)行分部分請(qǐng)求.
瀏覽器重新發(fā)送請(qǐng)求，用 Range 消息頭告訴服務(wù)器需要的內(nèi)容范圍.

服務(wù)器會(huì)分如下兩種情況響應(yīng)瀏覽器的請(qǐng)求:

如果范圍是合理的，服務(wù)器會(huì)返回所請(qǐng)求的部分內(nèi)容，并帶上 206 Partial Content 狀態(tài)碼. 當(dāng)前內(nèi)容的范圍會(huì)在 Content-Range 消息頭中申明.
如果范圍是不可用的(例如，比內(nèi)容的總字節(jié)數(shù)大), 服務(wù)器會(huì)返回 416 請(qǐng)求范圍不合理 Requested Range Not Satisfiable 狀態(tài)碼. 可用的范圍也會(huì)在 Content-Range 消息頭中聲明.

讓我們來看看這幾個(gè)步驟中的每一個(gè)關(guān)鍵消息頭.

Accept-Ranges: 字節(jié)（bytes）

這是會(huì)有服務(wù)器發(fā)送的字節(jié)頭，展示可以被分部分發(fā)送給瀏覽器的內(nèi)容. 這個(gè)值聲明了可被接受的每一個(gè)范圍請(qǐng)求, 大多數(shù)情況下是字節(jié)數(shù) bytes.

Range: 字節(jié)數(shù)（bytes）=(開始)-(結(jié)束)

這是瀏覽器告知服務(wù)器所需分部分內(nèi)容范圍的消息頭. 注意開始和結(jié)束位置是都包括在內(nèi)的，而且是從0開始的. 這個(gè)消息頭也可以不發(fā)送兩個(gè)位置，其含義如下:

如果結(jié)束位置被去掉了，服務(wù)器會(huì)返回從聲明的開始位置到整個(gè)內(nèi)容的結(jié)束位置內(nèi)容的最后一個(gè)可用字節(jié).
如果開始位置被去掉了，結(jié)束位置參數(shù)可以被描述成從最后一個(gè)可用的字節(jié)算起可以被服務(wù)器返回的字節(jié)數(shù).

Content-Range：字節(jié)數(shù)（bytes）=(開始)-(結(jié)束)/(總數(shù))

這個(gè)消息頭將會(huì)跟隨 HTTP 狀態(tài)碼 206 一起出現(xiàn). 開始和結(jié)束的值展示了當(dāng)前內(nèi)容的范圍. 跟 Range 消息頭一樣, 兩個(gè)值都是包含在內(nèi)的，并且也是從零開始的. 總數(shù)這個(gè)值聲明了可用字節(jié)的總數(shù).

Content-Range: */(總數(shù))

這個(gè)頭信息和上面一個(gè)是一樣的，不過是用另一種格式，并且僅在返回HTTP狀態(tài)碼416時(shí)被發(fā)送。其中總數(shù)代表了正文總共可用的字節(jié)數(shù)。

這里有一對(duì)有2048個(gè)字節(jié)文件的例子。注意省略起點(diǎn)和重點(diǎn)的區(qū)別。

請(qǐng)求開始的1024個(gè)字節(jié)

瀏覽器發(fā)送：

GET /dota2/techies.mp4 HTTP/1.1
Host: localhost:8000
Range: bytes=0-1023

服務(wù)器返回：

HTTP/1.1 206 Partial Content
Date: Mon, 15 Sep 2014 22:19:34 GMT
Content-Type: video/mp4
Content-Range: bytes 0-1023/2048
Content-Length: 1024
 
(Content...)

沒有終點(diǎn)位置的請(qǐng)求

瀏覽器發(fā)送：

GET /dota2/techies.mp4 HTTP/1.1
Host: localhost:8000
Range: bytes=1024-

服務(wù)器返回：

HTTP/1.1 206 Partial Content
Date: Mon, 15 Sep 2014 22:19:34 GMT
Content-Type: video/mp4
Content-Range: bytes 1024-2047/2048
Content-Length: 1024
 
(Content...)

注意：服務(wù)器并不需要在單個(gè)響應(yīng)中返回所有剩下的字節(jié)，特別是當(dāng)正文太長(zhǎng)或者有其他性能的考慮。所以下面的兩個(gè)例子在這種情況下也是可接受的：

Content-Range: bytes 1024-1535/2048
Content-Length: 512

服務(wù)器僅返回剩余正文的一半。下一次請(qǐng)求的范圍將從第1536個(gè)字節(jié)開始。

Content-Range: bytes 1024-1279/2048
Content-Length: 256

服務(wù)器僅返回剩余正文的256個(gè)字節(jié)。下一次請(qǐng)求的范圍將從第1280個(gè)字節(jié)開始。

請(qǐng)求最后512個(gè)字節(jié)

瀏覽器發(fā)送：

GET /dota2/techies.mp4 HTTP/1.1
Host: localhost:8000
Range: bytes=-512

服務(wù)器返回：

HTTP/1.1 206 Partial Content
Date: Mon, 15 Sep 2014 22:19:34 GMT
Content-Type: video/mp4
Content-Range: bytes 1536-2047/2048
Content-Length: 512
 
(Content...)

請(qǐng)求不可用的范圍：

瀏覽器發(fā)送：

GET /dota2/techies.mp4 HTTP/1.1
Host: localhost:8000
Range: bytes=1024-4096

服務(wù)器返回：

HTTP/1.1 416 Requested Range Not Satisfiable
Date: Mon, 15 Sep 2014 22:19:34 GMT
Content-Range: bytes */2048

理解了工作流和頭部信息后，現(xiàn)在我們可以用Node.js去實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制。

開始用Node.js實(shí)現(xiàn)

第一步：創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的HTTP服務(wù)器

我們將像下面的例子那樣，從一個(gè)基本的HTTP服務(wù)器開始。這已經(jīng)可以基本足夠處理大多數(shù)的瀏覽器請(qǐng)求了。首先，我們初始化我們需要用到的對(duì)象，并且用initFolder來代表文件的位置。為了生成Content-Type頭部，我們列出文件擴(kuò)展名和它們相對(duì)應(yīng)的MIME名稱來構(gòu)成一個(gè)字典。在回調(diào)函數(shù)httpListener()中，我們將僅允許GET可用。如果出現(xiàn)其他方法，服務(wù)器將返回405 Method Not Allowed，在文件不存在于initFolder，服務(wù)器將返回404 Not Found。

// 初始化需要的對(duì)象
var http = require("http");
var fs = require("fs");
var path = require("path");
var url = require("url");
 
// 初始的目錄，隨時(shí)可以改成你希望的目錄
var initFolder = "C:\\Users\\User\\Videos";
 
// 將我們需要的文件擴(kuò)展名和MIME名稱列出一個(gè)字典
var mimeNames = {
  ".css": "text/css",
  ".html": "text/html",
  ".js": "application/javascript",
  ".mp3": "audio/mpeg",
  ".mp4": "video/mp4",
  ".ogg": "application/ogg", 
  ".ogv": "video/ogg", 
  ".oga": "audio/ogg",
  ".txt": "text/plain",
  ".wav": "audio/x-wav",
  ".webm": "video/webm";
};
 
http.createServer(httpListener).listen(8000);
 
function httpListener (request, response) {
  // 我們將只接受GET請(qǐng)求，否則返回405 'Method Not Allowed'
  if (request.method != "GET") { 
    sendResponse(response, 405, {"Allow" : "GET"}, null);
    return null;
  }
 
  var filename = 
    initFolder + url.parse(request.url, true, true).pathname.split('/').join(path.sep);
 
  var responseHeaders = {};
  var stat = fs.statSync(filename);
  // 檢查文件是否存在，不存在就返回404 Not Found
  if (!fs.existsSync(filename)) {
    sendResponse(response, 404, null, null);
    return null;
  }
  responseHeaders["Content-Type"] = getMimeNameFromExt(path.extname(filename));
  responseHeaders["Content-Length"] = stat.size; // 文件大小
     
  sendResponse(response, 200, responseHeaders, fs.createReadStream(filename));
}
 
function sendResponse(response, responseStatus, responseHeaders, readable) {
  response.writeHead(responseStatus, responseHeaders);
 
  if (readable == null)
    response.end();
  else
    readable.on("open", function () {
      readable.pipe(response);
    });
 
  return null;
}
 
function getMimeNameFromExt(ext) {
  var result = mimeNames[ext.toLowerCase()];
   
  // 最好給一個(gè)默認(rèn)值
  if (result == null)
    result = "application/octet-stream";
   
  return result;
}

步驟 2 - 使用正則表達(dá)式捕獲Range消息頭

有了這個(gè)HTTP服務(wù)器做基礎(chǔ)，我們現(xiàn)在就可以用如下代碼處理Range消息頭了. 我們使用正則表達(dá)式將消息頭分割，以獲取開始和結(jié)束字符串。然后使用 parseInt() 方法將它們轉(zhuǎn)換成整形數(shù). 如果返回值是 NaN (非數(shù)字not a number), 那么這個(gè)字符串就是沒有在這個(gè)消息頭中的. 參數(shù)totalLength展示了當(dāng)前文件的總字節(jié)數(shù). 我們將使用它計(jì)算開始和結(jié)束位置.

function readRangeHeader(range, totalLength) {
    /*
     * Example of the method &apos;split&apos; with regular expression.
     * 
     * Input: bytes=100-200
     * Output: [null, 100, 200, null]
     * 
     * Input: bytes=-200
     * Output: [null, null, 200, null]
     */
 
  if (range == null || range.length == 0)
    return null;
 
  var array = range.split(/bytes=([0-9]*)-([0-9]*)/);
  var start = parseInt(array[1]);
  var end = parseInt(array[2]);
  var result = {
    Start: isNaN(start) ? 0 : start,
    End: isNaN(end) ? (totalLength - 1) : end
  };
   
  if (!isNaN(start) && isNaN(end)) {
    result.Start = start;
    result.End = totalLength - 1;
  }
 
  if (isNaN(start) && !isNaN(end)) {
    result.Start = totalLength - end;
    result.End = totalLength - 1;
  }
 
  return result;
}

步驟 3 - 檢查數(shù)據(jù)范圍是否合理

回到函數(shù) httpListener(), 在HTTP方法通過之后，現(xiàn)在我們來檢查請(qǐng)求的數(shù)據(jù)范圍是否可用. 如果瀏覽器沒有發(fā)送 Range 消息頭過來, 請(qǐng)求就會(huì)直接被當(dāng)做一般的請(qǐng)求對(duì)待. 服務(wù)器會(huì)返回整個(gè)文件，HTTP狀態(tài)將會(huì)是 200 OK. 另外我們還會(huì)看看開始和結(jié)束位置是否比文件長(zhǎng)度更大或者相等. 只要有一個(gè)是這種情況，請(qǐng)求的數(shù)據(jù)范圍就是不能被滿足的. 返回的狀態(tài)就將會(huì)是 416 Requested Range Not Satisfiable 而 Content-Range 也會(huì)被發(fā)送.

var responseHeaders = {};
  var stat = fs.statSync(filename);
  var rangeRequest = readRangeHeader(request.headers[&apos;range&apos;], stat.size);
  
  // If &apos;Range&apos; header exists, we will parse it with Regular Expression.
  if (rangeRequest == null) {
    responseHeaders[&apos;Content-Type&apos;] = getMimeNameFromExt(path.extname(filename));
    responseHeaders[&apos;Content-Length&apos;] = stat.size; // File size.
    responseHeaders[&apos;Accept-Ranges&apos;] = &apos;bytes&apos;;
     
    // If not, will return file directly.
    sendResponse(response, 200, responseHeaders, fs.createReadStream(filename));
    return null;
  }
 
  var start = rangeRequest.Start;
  var end = rangeRequest.End;
 
  // If the range can&apos;t be fulfilled. 
  if (start >= stat.size || end >= stat.size) {
    // Indicate the acceptable range.
    responseHeaders[&apos;Content-Range&apos;] = &apos;bytes */&apos; + stat.size; // File size.
 
    // Return the 416 &apos;Requested Range Not Satisfiable&apos;.
    sendResponse(response, 416, responseHeaders, null);
    return null;
  }

步驟 4 - 滿足請(qǐng)求

最后使人迷惑的一塊來了。對(duì)于狀態(tài) 216 Partial Content, 我們有另外一種格式的 Content-Range 消息頭，包括開始，結(jié)束位置以及當(dāng)前文件的總字節(jié)數(shù). 我們也還有 Content-Length 消息頭，其值就等于開始和結(jié)束位置之間的差。在最后一句代碼中，我們調(diào)用了 createReadStream() 并將開始和結(jié)束位置的值給了第二個(gè)參數(shù)選項(xiàng)的對(duì)象, 這意味著返回的流將只包含從開始到結(jié)束位置的只讀數(shù)據(jù).

// Indicate the current range. 
  responseHeaders['Content-Range'] = 'bytes ' + start + '-' + end + '/' + stat.size;
  responseHeaders['Content-Length'] = start == end ? 0 : (end - start + 1);
  responseHeaders['Content-Type'] = getMimeNameFromExt(path.extname(filename));
  responseHeaders['Accept-Ranges'] = 'bytes';
  responseHeaders['Cache-Control'] = 'no-cache';
 
  // Return the 206 'Partial Content'.
  sendResponse(response, 206, 
    responseHeaders, fs.createReadStream(filename, { start: start, end: end }));

下面是完整的 httpListener() 回調(diào)函數(shù).

function httpListener(request, response) {
  // We will only accept 'GET' method. Otherwise will return 405 'Method Not Allowed'.
  if (request.method != 'GET') {
    sendResponse(response, 405, { 'Allow': 'GET' }, null);
    return null;
  }
 
  var filename =
    initFolder + url.parse(request.url, true, true).pathname.split('/').join(path.sep);
 
  // Check if file exists. If not, will return the 404 'Not Found'. 
  if (!fs.existsSync(filename)) {
    sendResponse(response, 404, null, null);
    return null;
  }
 
  var responseHeaders = {};
  var stat = fs.statSync(filename);
  var rangeRequest = readRangeHeader(request.headers['range'], stat.size);
 
  // If 'Range' header exists, we will parse it with Regular Expression.
  if (rangeRequest == null) {
    responseHeaders['Content-Type'] = getMimeNameFromExt(path.extname(filename));
    responseHeaders['Content-Length'] = stat.size; // File size.
    responseHeaders['Accept-Ranges'] = 'bytes';
 
    // If not, will return file directly.
    sendResponse(response, 200, responseHeaders, fs.createReadStream(filename));
    return null;
  }
 
  var start = rangeRequest.Start;
  var end = rangeRequest.End;
 
  // If the range can't be fulfilled. 
  if (start >= stat.size || end >= stat.size) {
    // Indicate the acceptable range.
    responseHeaders['Content-Range'] = 'bytes */' + stat.size; // File size.
 
    // Return the 416 'Requested Range Not Satisfiable'.
    sendResponse(response, 416, responseHeaders, null);
    return null;
  }
 
  // Indicate the current range. 
  responseHeaders['Content-Range'] = 'bytes ' + start + '-' + end + '/' + stat.size;
  responseHeaders['Content-Length'] = start == end ? 0 : (end - start + 1);
  responseHeaders['Content-Type'] = getMimeNameFromExt(path.extname(filename));
  responseHeaders['Accept-Ranges'] = 'bytes';
  responseHeaders['Cache-Control'] = 'no-cache';
 
  // Return the 206 'Partial Content'.
  sendResponse(response, 206, 
    responseHeaders, fs.createReadStream(filename, { start: start, end: end }));
}

測(cè)試實(shí)現(xiàn)

我們?cè)趺磥頊y(cè)試我們的代碼呢？就像在介紹中提到的，部分正文最常用的場(chǎng)景是流和播放視頻。所以我們創(chuàng)建了一個(gè)ID為mainPlayer并包含一個(gè)<source/>標(biāo)簽的<video/>。函數(shù)onLoad()將在mainPlayer預(yù)讀取當(dāng)前視頻的元數(shù)據(jù)時(shí)被觸發(fā)，這用于檢查在URL中是否有數(shù)字參數(shù)，如果有，mainPlayer將跳到指定的時(shí)間點(diǎn)。

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <script type="text/javascript">
 
      function onLoad() {
        var sec = parseInt(document.location.search.substr(1));
         
        if (!isNaN(sec))
          mainPlayer.currentTime = sec;
      }
     
    </script>
    <title>Partial Content Demonstration</title>
  </head>
  <body>
    <h3>Partial Content Demonstration</h3>
    <hr />
    <video id="mainPlayer" width="640" height="360" 
      autoplay="autoplay" controls="controls" onloadedmetadata="onLoad()">
      <source src="dota2/techies.mp4" />
    </video>
  </body>
</html>

現(xiàn)在我們把頁面保存為"player.html"并和"dota2/techies.mp4"一起放在initFolder目錄下。然后在瀏覽器中打開URL：http://localhost:8000/player.html

在Chrome中看起來像這樣：

2015623105803917.png (680×535)

因?yàn)樵赨RL中沒有任何參數(shù)，文件將從最開始出播放。

接下來就是有趣的部分了。讓我們?cè)囍蜷_這個(gè)然后看看發(fā)生了什么：http://localhost:8000/player.html?60

2015623105918021.png (680×535)

如果你按F12來打開Chrome的開發(fā)者工具，切換到網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽頁，然后點(diǎn)擊查看最近一次日志的詳細(xì)信息。你會(huì)發(fā)現(xiàn)范圍的頭信息(Range)被你的瀏覽器發(fā)送了：

Range:bytes=225084502-

很有趣，對(duì)吧？當(dāng)函數(shù)onLoad()改變currentTime屬性的時(shí)候，瀏覽器計(jì)算這部視頻60秒處的字節(jié)位置。因?yàn)閙ainPlayer已經(jīng)預(yù)加載了元數(shù)據(jù)，包括格式、比特率和其他基本信息，這個(gè)起始位置立刻就被得到了。之后，瀏覽器就可以下載并播放視頻而不需要請(qǐng)求開頭的60秒了。成功了！

結(jié)論

我們已經(jīng)用Node.js來實(shí)現(xiàn)支持部分正文的HTTP服務(wù)器端了。我們也用HTML5頁面測(cè)試了。但這只是一個(gè)開始。如果你對(duì)頭部信息和工作流這些都已經(jīng)理解透徹了，你可以試著用其他像ASP.NET MVC或者WCF服務(wù)這類框架來實(shí)現(xiàn)它。但是不要忘記啟動(dòng)任務(wù)管理器來查看CPU和內(nèi)存的使用。像我們?cè)谥坝懻摰降?，服?wù)器沒有在單個(gè)響應(yīng)中返回所用剩余的字節(jié)。要找到性能的平衡點(diǎn)將是一項(xiàng)重要的任務(wù)。

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