分布式文件存储系统FastDFS

1 分布式文件存储

1_分布式文件存储的由来

在我们的项目中有很多需要存储的内容出现，比如图片，视频，文件等等，在早期的时候用户量不大，产生的文件也不是很多，这时我们可以把文件和服务程序放在一个服务器中。

后面随着文件越来越多，服务器的资源会被文件资源大量占据，从而影响到服务器的稳定，这时我们可以单独的把文件服务器拆出来。

拆解出来后，文件服务的使用不会影响到我们的系统服务的稳定，但是当用户量越来越大，存储的文件就会越来越多，这时如果还是单台的文件服务，比如100T的文件，这时是存储不下去的，这时就产生了我们将的分布式文件存储，

也就是我们解决如何将这100T的文件分散的存储到各个节点上，然后当我们需要读取文件的时候又能非常快的帮我们把文件找到。这个就是分布式文件系统帮我们解决的问题了。

2_常见的分布式存储框架

接下来我们看看在国内常用的分布式存储的框架选择有哪些

2 FastDFS介绍

FastDFS是余庆（国人，淘宝）开发的一个开源的轻量级分布式文件系统，它对文件进行管理，功能包括：文件存储、文件同步、文件访问（文件上传、文件下载）等，解决了大容量存储和负载均衡的问题。

特别适合以文件为载体的在线服务，如相册网站、视频网站等等。

FastDFS为互联网量身定制，充分考虑了冗余备份、负载均衡、线性扩容等机制，并注重高可用、高性能等指标，使用FastDFS很容易搭建一套高性能的文件服务器集群提供文件上传、下载等服务。

FastDFS的特点：

• FastDFS是一个轻量级的开源分布式文件系统
• FastDFS主要解决了大容量的文件存储和高并发访问的问题，文件存取时实现了负载均衡
• FastDFS实现了软件方式的RAID，可以使用廉价的IDE硬盘进行存储
• 支持存储服务器在线扩容
• 支持相同内容的文件只保存一份，节约磁盘空间
• FastDFS只能通过Client API访问，不支持POSIX访问方式
• FastDFS特别适合大中型网站使用，用来存储资源文件（如：图片、文档、音频、视频等等）

架构图：

相关术语讲解：

架构解读：

• 只有两个角色，tracker server和storage server，不需要存储文件索引信息。
• 所有服务器都是对等的，不存在Master-Slave关系。
• 存储服务器采用分组方式，同组内存储服务器上的文件完全相同（RAID 1）。
• 不同组的storage server之间不会相互通信。
• 由storage server主动向tracker server报告状态信息，tracker server之间不会相互通信。

3 FastDFS安装

FastDFS的安装我们还是通过Docker来安装实现吧，直接在Linux上还装还是比较繁琐的，但就学习而言Docker安装还是非常高效的。

Docker环境请自行安装哦，不清楚的可以看看我的Docker专题的内容。

1_拉取镜像文件

首先我们可以通过 docker search fastdfs 来查询下有哪些镜像文件。

我们看到搜索到的镜像还是蛮多的，这里我们使用 delron/fastdfs 你也可以尝试使用其他的镜像来安装，你也可以制作自己的镜像来给别人使用哦，只是不同的镜像在使用的时候配置会有一些不一样，有些镜像没有提供Nginx的相关配置，使用的时候会繁琐一点。

接下来通过 docker pull delron/fastdfs命令把镜像拉取下来(YGQYGQ2/fastdfs-nginx)。

2_构建Tracker服务

准备基本环境

mkdir -p /mydata/fastdfs/tracker
mkdir -p /mydata/fastdfs/storage

首先我们需要通过Docker命令来创建Tracker服务。命令为

docker run -d --name tracker --network=host -v /mydata/fastdfs/tracker:/var/fdfs delron/fastdfs tracker

tracker服务默认的端口为22122，-v 实现了容器和本地目录的挂载操作。

3_构建Storage服务

接下来创建Storage服务，具体的执行命令如下

docker run -d --name storage --network=host  -e TRACKER_SERVER=192.168.200.129:22122 -v /mydata/fastdfs/storage:/var/fdfs -e GROUP_NAME=group1 delron/fastdfs storage

在执行上面命令的时候要注意对应的修改下，其中TRACKER_SERVER中的IP要修改为你的Tracker服务所在的服务IP地址。

默认情况下在Storage服务中是帮我们安装了Nginx服务的，相关的端口为

当然如果你发现这些相关的端口被占用了，或者想要修改对应的端口信息也可以的。

不过这需要配置，你可以先进入容器中查看下相关的配置文件信息。

# 进入容器
docker exec -it storage bash
# 进入目录
cd /etc/fdfs
# 查看配置问价
ls

然后查看storage.conf文件（可以设置group、storage端口和nginx端口）

这个是storage监听的Nginx的端口8888，如果要修改那么我们还需要修改Nginx中的服务配置，这块的配置在 /usr/local/nginx/conf目录下

查看下文件

所以要修改端口号的话，这两个位置都得修改了，当然本文我们就使用默认的端口号来使用了。

4_测试图片上传

好了，安装我们已经完成了，那么到底是否可以使用呢？我们来测试下。

首先在/mydata/fastdfs/storage下保存一张图片。

然后我们再进入到storage容器中。并且进入到 /var/fdfs目录下,可以看到我们挂载的文件了

然后执行如下命令即可完成图片的上传操作

/usr/bin/fdfs_upload_file /etc/fdfs/client.conf 1.jpg

通过上面的提示我们看到文件上传成功了，而且返回了文件在storage中存储的信息。

这时我们就可以通过这个信息来拼接访问的地址在浏览器中访问了：http://192.168.200.129:8888/group1/M00/00/00/wKjIgWf19-mAWO23AABSIMuaaeU816.jpg（如果访问不到可以尝试关闭防火墙）

到这儿FastDFS的服务安装成功了。

4 客户端操作

1_Fastdfs-java-client

首先我们来看下如何实现FastDFS中提供的JavaAPI来直接实现对应的文件上传和下载操作。

创建一个普通的maven项目，然后引入对应的依赖

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>cn.bestwu</groupId>
        <artifactId>fastdfs-client-java</artifactId>
        <version>1.27</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.commons</groupId>
        <artifactId>commons-lang3</artifactId>
        <version>3.4</version>
    </dependency>
</dependencies>

然后编写FastDFS的配置文件，内容如下：注意ip修改为你自己对应的ip即可

connect_timeout = 10
network_timeout = 30
charset = UTF-8
http.tracker_http_port = 8080
tracker_server = 192.168.200.129:22122

然后导入对应的工具类，在工具类中完成了StorageClient的实例化，并提供了相关的上传和下载的方法。

package org.duration.fastdfs.config;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.csource.common.NameValuePair;
import org.csource.fastdfs.*;

import java.io.*;
import java.util.Objects;

@Slf4j
public class FastDFSClient {

    private static final String CONF_FILENAME = Objects.requireNonNull(Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("")).getPath() + "fastdfs-config.conf";

    private static StorageClient storageClient = null;

    /*
      只加载一次.
     */
    static {
        try {
            ClientGlobal.init(CONF_FILENAME);
            TrackerClient trackerClient = new TrackerClient(ClientGlobal.g_tracker_group);
            TrackerServer trackerServer = trackerClient.getConnection();
            StorageServer storageServer = trackerClient.getStoreStorage(trackerServer);
            storageClient = new StorageClient(trackerServer, storageServer);
        } catch (Exception e) {
            log.error(e.getMessage(), e);
        }
    }

    /**
     * @param inputStream 上传的文件输入流
     * @param fileName    上传的文件原始名
     * @return 【group,file_path】
     */
    public static String[] uploadFile(InputStream inputStream, String fileName) {
        try {
            // 文件的元数据
            NameValuePair[] meta_list = new NameValuePair[2];
            // 第一组元数据，文件的原始名称
            meta_list[0] = new NameValuePair("file name", fileName);
            // 第二组元数据
            meta_list[1] = new NameValuePair("file length", inputStream.available() + "");
            // 准备字节数组
            byte[] file_buff = null;
            if (inputStream.available() > 0) {
                // 查看文件的长度
                int len = inputStream.available();
                // 创建对应长度的字节数组
                file_buff = new byte[len];
                // 将输入流中的字节内容，读到字节数组中。
                int read = inputStream.read(file_buff);
            }
            // 上传文件。参数含义：要上传的文件的内容（使用字节数组传递），上传的文件的类型（扩展名），元数据
            return storageClient.upload_file(file_buff, getFileExt(fileName), meta_list);
        } catch (Exception ex) {
            log.error(ex.getMessage(), ex);
            return null;
        }
    }

    /**
     * @param file     文件
     * @param fileName 文件名
     * @return 返回Null则为失败
     */
    public static String[] uploadFile(File file, String fileName) {
        FileInputStream fis = null;
        try {
            NameValuePair[] meta_list = null; // new NameValuePair[0];
            fis = new FileInputStream(file);
            byte[] file_buff = null;
            int len = fis.available();
            if (len > 0) {
                file_buff = new byte[len];
                int read = fis.read(file_buff);
            }

            return storageClient.upload_file(file_buff, getFileExt(fileName), meta_list);
        } catch (Exception ex) {
            return null;
        } finally {
            if (fis != null) {
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    log.error(e.getMessage(), e);
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 根据组名和远程文件名来删除一个文件
     *
     * @param groupName      例如 "group1" 如果不指定该值，默认为group1
     * @param remoteFileName 例如"M00/00/00/wKgxgk5HbLvfP86RAAAAChd9X1Y736.jpg"
     * @return 0为成功，非0为失败，具体为错误代码
     */
    public static int deleteFile(String groupName, String remoteFileName) {
        try {
            return storageClient.delete_file(groupName == null ? "group1" : groupName, remoteFileName);
        } catch (Exception ex) {
            return 0;
        }
    }

    /**
     * 修改一个已经存在的文件
     *
     * @param oldGroupName 旧的组名
     * @param oldFileName  旧的文件名
     * @param file         新文件
     * @param fileName     新文件名
     * @return 返回空则为失败
     */
    public static String[] modifyFile(String oldGroupName, String oldFileName, File file, String fileName) {
        String[] fileids = null;
        try {
            // 先上传
            fileids = uploadFile(file, fileName);
            if (fileids == null) {
                return null;
            }
            // 再删除
            int delResult = deleteFile(oldGroupName, oldFileName);
            if (delResult != 0) {
                return null;
            }
        } catch (Exception ex) {
            return null;
        }
        return fileids;
    }

    /**
     * 文件下载
     *
     * @param groupName      卷名
     * @param remoteFileName 文件名
     * @return 返回一个流
     */
    public static InputStream downloadFile(String groupName, String remoteFileName) {
        try {
            byte[] bytes = storageClient.download_file(groupName, remoteFileName);
            return new ByteArrayInputStream(bytes);
        } catch (Exception ex) {
            return null;
        }
    }

    public static NameValuePair[] getMetaDate(String groupName, String remoteFileName) {
        try {
            return storageClient.get_metadata(groupName, remoteFileName);
        } catch (Exception ex) {
            log.error(ex.getMessage(), ex);
            return null;
        }
    }

    /**
     * 获取文件后缀名（不带点）.
     *
     * @return 如："jpg" or "".
     */
    private static String getFileExt(String fileName) {
        if (StringUtils.isBlank(fileName) || !fileName.contains(".")) {
            return "";
        } else {
            return fileName.substring(fileName.lastIndexOf(".") + 1); // 不带最后的点
        }
    }

}

然后我们就可以来测试上传的操作了。

2_文件上传

先来看下文件上传的流程

上传流程的文字梳理为：

1. 客户端访问Tracker
2. Tracker 返回Storage的IP和端口
3. 客户端直接访问Storage，把文件内容和元数据发送过去。
4. Storage返回文件存储id。包含了组名和文件名

//不可获取元数据信息
public static void fileUpload() {
    File file = new File("D:\\WorkSpace\\IdeaProject\\fastdfs_demo\\src\\main\\resources\\10937845.jpg");
    String[] strings = FastDFSClient.uploadFile(file, file.getName());
    if (strings == null) {
        return;
    }
    System.out.println("文件上传成功" + Arrays.asList(strings));
}
//可获取元数据
public static void fileUploadByMetaData() {
    File file = new File("D:\\WorkSpace\\IdeaProject\\fastdfs_demo\\src\\main\\resources\\10937845.jpg");
    try (InputStream is = new FileInputStream(file)) {
        String[] strings = FastDFSClient.uploadFile(is, file.getName());
        if (strings == null) {
            return;
        }
        System.out.println("文件上传成功" + Arrays.asList(strings));
    } catch (Exception e) {
        log.error(e.getMessage(), e);
    }
}

访问即可：http://192.168.200.129:8888/group1/M00/00/00/wKjIgWf2Ju-AZEFGAAAqSN2jiTQ329.jpg

返回后的字符串的结构说明

3_文件下载

文件下载的流程，如下

文件下载的流程为：

1. client询问tracker需要下载的文件的storage，参数为文件的标识(group加文件名)。
2. tracker根据客户端的参数返回一台可用的storage。
3. client根据返回的storage直接完成对应的文件的下载。

有了上面的基础，文件下载就非常简单了，我们只需要根据前面上传的文件的group和文件的存储路径就可以通过StorageClient中提供的downloadFile方法把对应的文件下载下来了，具体的代码如下

public static void downloadFile() {
    String[] params = {"group1", "M00/00/00/wKjIgWf2Ju-AZEFGAAAqSN2jiTQ329.jpg"};
    try (InputStream is = FastDFSClient.downloadFile(params[0], params[1]);
         OutputStream os = new FileOutputStream("D:\\WorkSpace\\IdeaProject\\fastdfs_demo\\src\\main\\resources\\12.jpg")) {
        if (is == null) {
            return;
        }
        int index = 0;
        while ((index = is.read()) != -1) {
            os.write(index);
        }
        os.flush();
    } catch (IOException e) {
        log.error(e.getMessage(), e);
    }
}

4_获取文件信息

获取文件元数据信息

public static void getFileInfo() {
    String[] params = {"group1", "M00/00/00/wKjIgWf2NPqAamQdAAAqSN2jiTQ216.jpg"};
    NameValuePair[] metaDate = FastDFSClient.getMetaDate(params[0], params[1]);
    if (metaDate == null) {
        return;
    }
    for (NameValuePair nameValuePair : metaDate) {
        log.info("信息如下:{}={}", nameValuePair.getName(), nameValuePair.getValue());
    }
}

还有一些其他接口比如获取文件扩展名，可自行测试

5_问题

注意：StorageClient是线程不安全的。那么我们的解决方案

1. 对文件的操作的每个方法我们做同步处理
2. 每次操作文件的时候我们都获取一个新的StorageClient对象（全局变局部）

第一种方式效率肯定是最低的，第二种方式每次都要建立新的连接效率同样的会受到影响，这时最好的方式其实是把StorageClient交给我们自定义的连接池来管理

5 SpringBoot整合

我们在实际工作中基本都是和SpringBoot整合在一起来使用的，那么我们就来看看FastDFS是如何在SpringBoot项目中来使用的。

首先创建一个普通的SpringBoot项目，然后导入fastdfs-spring-boot-starter这个依赖。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
    <scope>test</scope>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>com.luhuiguo</groupId>
    <artifactId>fastdfs-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>0.2.0</version>
</dependency>

既然是一个starter，那么必然会在spring.factories文件中提供对应的自动配置类。

可以看到给我们提供的配置类为FdfsAutoConfiguration进入后可以看到帮我们注入了很多的核心对象。

然后可以看到系统提供的配置信息，前缀为 fdfs

然后我们就可以在application.yaml中配置FastDFS的配置信息了。

fdfs:
  connect-timeout: 1000
  so-timeout: 1000
  tracker-list: 192.168.200.129:22122

配置完成后我们就可以测试文件的上传下载操作了

@SpringBootTest
class FastDfsSpringBootApplicationTests {

    @Autowired
    public FastFileStorageClient storageClient;
    
    @Test
    void contextLoads() throws Exception{
        File file = new ClassPathResource("10937845.jpg").getFile();
        StorePath path = storageClient.uploadFile(null, new FileInputStream(file), file.length(), file.getName().substring(file.getName().lastIndexOf(".") + 1));
        System.out.println(path.getFullPath());
    }

}

文件操作成功