netty 系列之:java 中的 base64 编码器

2022 年 3 月 18 日
本文字数：2771 字
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简介

什么是 Base64 编码呢？在回答这个问题之前，我们需要了解一下计算机中文件的分类，对于计算机来说文件可以分为两类，一类是文本文件，一类是二进制文件。

对于二进制文件来说，其内容是用二进制来表示的，对于人类是不可立马理解的。如果你尝试用文本编辑器打开二进制文件，可能会看到乱码。这是因为二进制文件的编码方式和文本文件的编码方式是不一样的，所以当文本编辑器尝试将二进制文件翻译成为文本内容的时候，就会出现乱码。

对于文本文件来说，也有很多种编码方式，比如最早的 ASCII 编码和目前常用的 UTF-8 和 UTF-16 等编码方式。即使是文本文件，如果你使用不同的编码方式打开，也可能会看到乱码。

所以不管是文本文件还是二进制文件也好，都需要进行编码格式的统一。也就是说写入的编码是什么样子的，那么数据读取的编码也应该和其匹配。

Base64 编码实际上就是将二进制数据编码成为可视化 ASCII 字符的一种编码方式。

为什么会有这样的要求呢？

我们知道计算机世界的发展不是一蹴而就的，它是一个慢慢成长的过程，对于字符编码来说，最早只支持 ASCII 编码，后面才扩展到 Unicode 等。所以对于很多应用来说除了 ASCII 编码之外的其他编码格式是不支持的，那么如何在这些系统中展示非 ASCII code 呢？

解决的方式就是进行编码映射，将非 ASCII 的字符映射成为 ASCII 的字符。而 base64 就是这样的一种编码方式。

常见的使用 Base64 的地方就是在 web 网页中，有时候我们需要在网页中展示图片，那么可以将图片进行 base64 编码，然后填充到 html 中。

还有一种应用就是将文件进行 base64 编码，然后作为邮件的附件进行发送。

JAVA 对 base64 的支持

既然 base64 编码这么好用，接下来我们来看一下 JAVA 中的 base64 实现。

java 中有一个对应的 base64 实现，叫做 java.util.Base64。这个类是 Base64 的工具类，是 JDK 在 1.8 版本引入的。

Base64 中提供了三个 getEncoder 和 getDecoder 方法，通过获取对应的 Encoder 和 Decoder，然后就可以调用 Encoder 的 encode 和 decode 方法对数据进行编码和解码，非常的方便。

我们先来看一下 Base64 的基本使用例子：

 // 使用encoder进行编码 String encodedString = Base64.getEncoder().encodeToString("what is your name baby?".getBytes("utf-8")); System.out.println("Base64编码过后的字符串 :" + encodedString);
 // 使用encoder进行解码 byte[] decodedBytes = Base64.getDecoder().decode(encodedString);
 System.out.println("解码过后的字符串: " + new String(decodedBytes, "utf-8"));

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作为一个工具类，JDK 中提供的 Base64 工具类还是很好用的。

这里就不详细讲解它的使用，本篇文章主要分析 JDK 中 Base64 是怎么实现的。

JDK 中 Base64 的分类和实现

JDK 中 Base64 类有提供了三个 encoder 方法，分别是 getEncoder,getUrlEncoder 和 getMimeEncoder:

    public static Encoder getEncoder() {         return Encoder.RFC4648;    }
    public static Encoder getUrlEncoder() {         return Encoder.RFC4648_URLSAFE;    }
    public static Encoder getMimeEncoder() {        return Encoder.RFC2045;    }

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同样的，它也提供了三个对应的 decoder，分别是 getDecoder，getUrlDecoder，getMimeDecoder：

    public static Decoder getDecoder() {         return Decoder.RFC4648;    }
    public static Decoder getUrlDecoder() {         return Decoder.RFC4648_URLSAFE;    }
    public static Decoder getMimeDecoder() {         return Decoder.RFC2045;    }

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从代码中可以看出，这三种编码分别对应的是 RFC4648，RFC4648_URLSAFE 和 RFC2045。

这三种都属于 base64 编码的变体，我们看下他们有什么区别：

可以看到 base64 和 Base64url 的区别是第 62 位和第 63 位的编码字符不一样，而 base64 for MIME 跟 base64 的区别是补全符是否是强制的。

另外，对于 Basic 和 base64url 来说，不会添加 line separator 字符，而 base64 for MIME 在一行超出 76 字符之后，会添加'\r' 和 '\n'作为 line separator。

最后，如果在解码的过程中，发现有不存于 Base64 映射表中的字符的处理方式也不一样，base64 和 Base64url 会直接拒绝，而 base64 for MIME 则会忽略。

base64 和 Base64url 的区别可以通过下面两个方法来看出：

        private static final char[] toBase64 = {            'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M',            'N', 'O', 'P', 'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z',            'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm',            'n', 'o', 'p', 'q', 'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z',            '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '+', '/'        };

复制代码

        private static final char[] toBase64URL = {            'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M',            'N', 'O', 'P', 'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z',            'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm',            'n', 'o', 'p', 'q', 'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z',            '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '-', '_'        };

复制代码

而对 MIME 来说，定义了一个一行的最大字符个数,和换行符：

        private static final int MIMELINEMAX = 76;        private static final byte[] CRLF = new byte[] {'\r', '\n'};

复制代码

Base64 的高级用法

一般情况下我们用 Base64 进行编码的对象长度是固定的，我们只需要将输入对象转换成为 byte 数组即可调用 encode 或者 decode 的方法。

但是在某些情况下我们需要对流数据进行转换，这时候就可以用到 Base64 中提供的两个对 Stream 进行 wrap 的方法：

        public OutputStream wrap(OutputStream os) {            Objects.requireNonNull(os);            return new EncOutputStream(os, isURL ? toBase64URL : toBase64,                                       newline, linemax, doPadding);        }

复制代码

        public InputStream wrap(InputStream is) {            Objects.requireNonNull(is);            return new DecInputStream(is, isURL ? fromBase64URL : fromBase64, isMIME);        }

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这两个方法分别对应于 encoder 和 decoder。

总结

以上就是 JDK 中对 Base64 的实现和使用，虽然 base64 的变种有很多种，但是 JDK 中的 Base64 只实现了其中用处最为广泛的 3 种。大家在使用的时候一定要区分具体是那种 Base64 的实现方式，以免出现问题。

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