HTTP 范围请求：为什么你的下载可以“断点续传”？

在现代网络应用中，我们习以为常的功能，如断点续传、多线程下载和在线视频快进快退，都依赖于 HTTP 协议中的一个强大特性：范围请求（Range Requests）。这项技术让客户端能够聪明地只请求文件的一部分，而不是一次性获取整个资源。

1. 为什么我们需要它？

传统的 HTTP 请求模式效率低下，特别是在处理大型文件时。如果一个 2GB 的下载任务因网络中断而失败，传统的做法是只能从头开始重新下载。这不仅耗费用户的时间，也浪费了服务器的带宽。

范围请求的出现，就是为了解决这个痛点。它的核心思想很简单：客户端可以告诉服务器，我只需要文件从第 X 个字节到第 Y 个字节的内容。 这极大地提升了数据传输的效率和可靠性。

2. 客户端：如何“提出要求”？

客户端通过在 HTTP 请求头中添加一个特殊的字段来实现范围请求，这个字段就是 Range。它精确地定义了客户端所需要的字节范围。

• 请求部分文件：要请求文件从 0 字节到 499 字节的部分，请求头如下。这是最基础的范围请求形式。

  GET /movie.mp4 HTTP/1.1
  Host: movie.com
  Range: bytes=0-499
  

• 从某个位置开始，一直到文件末尾：这是实现“断点续传”的关键。客户端检查已下载的字节数，然后请求从该位置开始继续下载。

  GET /movie.mp4 HTTP/1.1
  Host: movie.com
  Range: bytes=500-
  

• 请求文件的最后若干字节：省略起始字节，常用于流媒体应用，快速获取文件末尾的元数据（如视频总时长）。

  GET /movie.mp4 HTTP/1.1
  Host: movie.com
  Range: bytes=-500
  

• 请求多个不连续的部分：通过逗号分隔，可以一次性请求文件的多个片段。这在多线程下载器中非常常见。

  GET /movie.mp4 HTTP/1.1
  Host: movie.com
  Range: bytes=0-499, 1000-1499
  

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3. 服务器：如何“回应要求”？

服务器收到包含 Range 的请求后，会根据请求的有效性做出回应。

• 成功响应：206 Partial Content
  这是最常见的成功状态码，表示服务器已满足客户端的部分内容请求。在 206 响应中，服务器会返回两个关键头部：Content-Range 和 Content-Length。

  • Content-Length 指示当前响应体中数据的实际字节数。
  • Content-Range 告知客户端本次响应的字节范围以及文件的总大小。其格式为 bytes [起始]-[结束]/[总大小]。

  报文示例：

  HTTP/1.1 206 Partial Content
  Content-Type: application/zip
  Content-Length: 500
  Content-Range: bytes 0-499/12345
  

  此报文告诉客户端，返回了文件总长 12345 字节中的第 0 到 499 字节，共 500 字节。

• 请求无效：416 Range Not Satisfiable
  如果客户端请求的范围超出了文件的实际大小，服务器会返回 416 状态码。此时，Content-Range 头部会设置为 */[总大小]，明确告知客户端请求的范围无法满足。

  HTTP/1.1 416 Range Not Satisfiable
  Content-Range: bytes */12345
  

• 不支持范围请求：200 OK
  如果服务器不支持 Range 请求，它会忽略 Range 头部，直接返回 200 OK 状态码，并发送整个文件。客户端必须做好相应的处理。

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4. 高级应用：If-Range 确保数据一致性

在断点续传场景中，一个潜在的风险是文件在服务器上可能已经被修改。如果客户端继续请求旧文件的剩余部分，并与新文件拼接，将导致数据损坏。为解决这个问题，HTTP 引入了 If-Range 头部。

• 工作原理：客户端在发起范围请求时，会同时附带 If-Range 头部，其值通常是上次下载时服务器返回的 Etag（文件唯一标识符）或 Last-Modified 时间。

  • 如果服务器上的文件标识符与 If-Range 值匹配，说明文件未改变，服务器返回 206 并继续发送数据。
  • 如果标识符不匹配，说明文件已更新，服务器会忽略 Range 请求，返回 200 OK 并发送整个最新的文件，强制客户端重新下载。

  报文示例：

  GET /large-file.zip HTTP/1.1
  Host: example.com
  Range: bytes=1000-
  If-Range: "abcde-12345"
  

5. 复杂场景：多范围请求与 multipart/byteranges

当客户端一次性请求多个不连续的范围时，服务器会返回一个多部分响应（Multipart Response）。

• Content-Type：响应头中的 Content-Type 会设置为 multipart/byteranges; boundary=...，其中 boundary 是一个随机生成的字符串，用于在响应体中分隔不同的文件部分。
• 响应体：每个部分都有独立的 Content-Type 和 Content-Range 头部，详细说明其内容。最后一个分隔符后会加上 -- 后缀，表示响应的结束。

报文示例：

HTTP/1.1 206 Partial Content
Content-Type: multipart/byteranges; boundary=THIS_STRING_SEPARATES
Content-Length: 797--THIS_STRING_SEPARATES
Content-Type: application/zip
Content-Range: bytes 0-499/12345...[前500字节的数据]...
--THIS_STRING_SEPARATES
Content-Type: application/zip
Content-Range: bytes 1000-1499/12345...[第1000到1499字节的数据]...
--THIS_STRING_SEPARATES--

这个复杂的报文结构确保了即使是多段不连续的数据，客户端也能准确地解析和重组。

通过这些关键头部、状态码和报文结构，HTTP 范围请求实现了高效、可靠的数据分块传输，是现代网络应用中不可或缺的一项关键技术。