基于Mongodb的分布式文件存儲實現
作者：了不起
基于 MongoDB GridFS 的分布式文件存儲方案，憑借其獨特的文件分塊存儲原理和與 MongoDB 分布式架構的緊密結合，為我們提供了一種高效、可靠的文件存儲方式。
基于mongo GridFS實現文件上傳下載
分布式文件存儲的方案有很多，今天分享一個基于mongodb數據庫來實現文件的存儲，mongodb支持分布式部署，以此來實現文件的分布式存儲。
基于 MongoDB GridFS 的分布式文件存儲實現：從原理到實戰
一、引言
當系統存在大量的圖片、視頻、文檔等文件需要存儲和管理時，對于分布式系統而言，如何高效、可靠地存儲這些文件是一個關鍵問題。MongoDB 的 GridFS 作為一種分布式文件存儲機制，為我們提供了一個優秀的解決方案。它基于 MongoDB 的分布式架構，能夠輕松應對海量文件存儲的挑戰，同時提供了便捷的文件操作接口。
二、GridFS 原理剖析
GridFS 是 MongoDB 中用于存儲大文件的一種規范。它將文件分割成多個較小的 chunks（默認大小為 256KB），并將這些 chunks 存儲在 fs.chunks 集合中，而文件的元數據（如文件名、大小、創建時間、MIME 類型等）則存儲在 fs.files 集合中。這樣的設計不僅能夠突破 MongoDB 單個文檔大小的限制（默認 16MB），還能利用 MongoDB 的分布式特性，實現文件的分布式存儲和高效讀取。
例如，當我們上傳一個 1GB 的視頻文件時，GridFS 會將其切分為約 4096 個 256KB 的 chunks，然后將這些 chunks 分散存儲在不同的 MongoDB 節點上，同時在 fs.files 集合中記錄文件的相關信息。
三、Spring Boot 集成 GridFS
在實際項目中，我們通常使用 Spring Boot 與 MongoDB 結合，下面是具體的集成步驟與代碼示例。
3.1 添加依賴
在 pom.xml 文件中添加 Spring Boot 與 MongoDB 相關依賴：
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-mongodb</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
</dependencies>3.2 配置 MongoDB 連接
在 application.properties 中配置 MongoDB 的連接信息：
spring.data.mongodb.uri=mongodb://localhost:27017/fs
spring.data.mongodb.database=fs3.3 編寫服務類
使用 GridFsTemplate 和 GridFSBucket 來實現文件的上傳、下載、刪除等操作：
@Service
publicclass MongoFsStoreService implements FsStoreService {
privatefinal GridFsTemplate gridFsTemplate;
private GridFSBucket gridFSBucket;
public MongoFsStoreService(GridFsTemplate gridFsTemplate) {
this.gridFsTemplate = gridFsTemplate;
}
@Autowired(required = false)
public void setGridFSBucket(GridFSBucket gridFSBucket) {
this.gridFSBucket = gridFSBucket;
}
/**
* 上傳文件
* @param in
* @param fileInfo
* @return
*/
@Override
public FileInfo uploadFile(InputStream in, FileInfo fileInfo){
ObjectId objectId = gridFsTemplate.store(in, fileInfo.getFileId(), fileInfo.getContentType(), fileInfo);
fileInfo.setDataId(objectId.toString());
return fileInfo;
}
/**
*
* @param in
* @param fileName
* @return
*/
@Override
public FileInfo uploadFile(InputStream in, String fileName) {
FileInfo fileInfo = FileInfo.fromStream(in, fileName);
return uploadFile(in, fileInfo);
}
/**
*
* @param fileId
* @return
*/
@Override
public File downloadFile(String fileId){
GridFsResource gridFsResource = download(fileId);
if( gridFsResource != null ){
GridFSFile gridFSFile = gridFsResource.getGridFSFile();
FileInfo fileInfo = JsonHelper.convert(gridFSFile.getMetadata(), FileInfo.class);
try(InputStream in = gridFsResource.getInputStream()) {
return FileHelper.newFile( in, fileInfo.getFileId() ); //
} catch (IOException e) {
thrownew RuntimeException(e);
}
}
returnnull;
}
/**
* 查找文件
* @param fileId
* @return
*/
public GridFsResource download(String fileId) {
GridFSFile gridFSFile = gridFsTemplate.findOne(Query.query(GridFsCriteria.whereFilename().is(fileId)));
if (gridFSFile == null) {
returnnull;
}
if( gridFSBucket == null ){
return gridFsTemplate.getResource(gridFSFile.getFilename());
}
GridFSDownloadStream downloadStream = gridFSBucket.openDownloadStream(gridFSFile.getObjectId());
returnnew GridFsResource(gridFSFile, downloadStream);
}
/**
* 刪除文件
* @param fileId
*/
@Override
public void deleteFile(String fileId) {
gridFsTemplate.delete(Query.query(GridFsCriteria.whereFilename().is(fileId)));
}
}3.4 創建控制器
提供 REST API 接口，方便外部調用：
@RestController
@RequestMapping("/mongo")
publicclass MongoFsStoreController {
privatefinal MongoFsStoreService mongoFsStoreService;
public MongoFsStoreController(MongoFsStoreService mongoFsStoreService) {
this.mongoFsStoreService = mongoFsStoreService;
}
/**
*
* @param file
* @return
*/
@RequestMapping("/upload")
public ResponseEntity<Result> uploadFile(@RequestParam("file") MultipartFile file){
try(InputStream in = file.getInputStream()){
FileInfo fileInfo = convertMultipartFile(file);
return ResponseEntity.ok( Result.ok(mongoFsStoreService.uploadFile(in, fileInfo)) );
}catch (Exception e){
return ResponseEntity.ok( Result.fail(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR.value(), e.getMessage()) );
}
}
private FileInfo convertMultipartFile(MultipartFile file){
FileInfo fileInfo = new FileInfo();
fileInfo.setType(FilenameUtils.getExtension(file.getOriginalFilename()));
fileInfo.setFileId(UUID.randomUUID().toString() + "." + fileInfo.getType()); //
fileInfo.setFileName(file.getOriginalFilename());
fileInfo.setSize(file.getSize());
fileInfo.setContentType(file.getContentType());
fileInfo.setCreateTime(new Date());
return fileInfo;
}
/**
*
* @param fileId
* @param response
*/
@RequestMapping("/download")
public void downloadFile(@RequestParam("fileId") String fileId, HttpServletResponse response){
File file = mongoFsStoreService.downloadFile(fileId);
if( file != null ){
response.setContentType("application/octet-stream");
response.setHeader("Content-Disposition", "attachment; filename=\"" + file.getName() + "\"");
try {
FileUtils.copyFile(file, response.getOutputStream());
} catch (IOException e) {
thrownew RuntimeException(e);
}
}
}
@RequestMapping("/download/{fileId}")
public ResponseEntity<InputStreamResource> download(@PathVariable("fileId") String fileId) throws IOException {
GridFsResource resource = mongoFsStoreService.download(fileId);
if( resource != null ){
GridFSFile gridFSFile = resource.getGridFSFile();
FileInfo fileInfo = JsonHelper.convert(gridFSFile.getMetadata(), FileInfo.class);
return ResponseEntity.ok()
.header(HttpHeaders.CONTENT_DISPOSITION, "attachment; filename=\"" + fileInfo.getFileName() + "\"")
.contentLength(fileInfo.getSize())
// .contentType(MediaType.parseMediaType(fileInfo.getContentType()))
.body(new InputStreamResource(resource.getInputStream()));
}
// return ResponseEntity.noContent().build();
return ResponseEntity.internalServerError().build();
}
/**
*
* @param fileId
* @return
*/
@RequestMapping("/delete")
public ResponseEntity<String> deleteFile(@RequestParam("fileId") String fileId){
mongoFsStoreService.deleteFile(fileId);
return ResponseEntity.ok("刪除成功");
}四、實戰中的常見問題與解決方案
4.1 文件下載時的內存管理
在下載文件時，GridFSDownloadStream 提供了流式處理的能力，避免一次性將整個文件加載到內存中。我們可以通過 GridFsResource 將流包裝后直接返回給客戶端，實現邊讀邊傳，從而節省內存。例如：
// 正確：直接返回 InputStreamResource，邊讀邊傳
return ResponseEntity.ok()
.body(new InputStreamResource(resource.getInputStream()));而應避免將整個文件讀取到字節數組中再返回，如以下錯誤示例：
// 錯誤：將整個文件加載到內存再返回
byte[] content = resource.getInputStream().readAllBytes();
return ResponseEntity.ok()
.body(content);五、總結
基于 MongoDB GridFS 的分布式文件存儲方案，憑借其獨特的文件分塊存儲原理和與 MongoDB 分布式架構的緊密結合，為我們提供了一種高效、可靠的文件存儲方式。通過 Spring Boot 的集成，我們能夠快速在項目中實現文件的上傳、下載、查詢和刪除等功能。在實際應用過程中，我們需要關注內存管理、數據類型轉換、時間類型處理等常見問題，并采用合適的解決方案。隨著技術的不斷發展，GridFS 也在持續優化和完善，將為更多的分布式文件存儲場景提供強大的支持。
對于中小文件存儲，GridFS 是一個簡單高效的選擇；對于超大規模文件或需要極致性能的場景，可以考慮結合對象存儲（如 MinIO、S3）使用。
責任編輯：武曉燕
來源：
Java技術指北
