Base64 与 URLEncode 简介

Base64 简介

Base64 是最常见的一种基于 64 个可打印字符来表示二进制数据的方法。

Base64 原理

• 首先, Base64 基于 64 个可打印字符, 这 64 个字符有 A~Z, a~z, 0~9, +, /

['A', 'B', 'C', ... 'a', 'b', 'c', ... '0', '1', ... '+', '/']

• 然后, 对二进制数据进行处理, 每 3 个字节一组, 一共是 3x8=24bit, 划为 4 组, 每组正好 6 个bit:

  

  这样我们得到 4 个数字作为索引, 然后查表, 获得相应的 4 个字符, 就是编码后的字符串。

  Base64 编码会把 3 字节的二进制数据编码为 4 字节的文本数据, 长度增加 33%, 好处是编码后的文本数据可以在邮件正文、网页等直接显示。

• 另外, 如果要编码的二进制数据不是3的倍数, 最后会剩下1个或2个字节, Base64会先用 \x00 在末尾补足后, 再在编码的末尾加上 1 个或 2 个 =, 表示补了多少字节, 解码的时候, 会自动去掉。

  

由于 = 在 URL、Cookie 里面会造成歧义, 所以, 很多 Base64 编码后会把 = 去掉。因为 Base64 是把3个字节变为4个字节, 所以, Base64 编码的长度永远是 4 的倍数, 因此, 加上 = 把 Base64 字符串的长度变为 4 的倍数，就可以正常解码了。

Base64 字母索引表

URL Safe 的 Base64 编码

由于标准的 Base64 编码后可能出现字符 + 和 /, 在URL中就不能直接作为参数, 所以又有一种 url safe 的 base64 编码, 其实就是把字符 + 和 / 分别变成 - 和 _。

        // 下面这段代码来自于JDK1.8中的 java.util.Base64

        /**
         * This array is a lookup table that translates 6-bit positive integer
         * index values into their "Base64 Alphabet" equivalents as specified
         * in "Table 1: The Base64 Alphabet" of RFC 2045 (and RFC 4648).
         */
        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', '+', '/'
        };

        /**
         * It's the lookup table for "URL and Filename safe Base64" as specified
         * in Table 2 of the RFC 4648, with the '+' and '/' changed to '-' and
         * '_'. This table is used when BASE64_URL is specified.
         */
        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', '-', '_'
        };

Base64 工具类

• 在 Guava 中有 BaseEncoding 类
• 在 JDK8 中有专门的工具类 java.util.Base64
• 在 JDK7 中也有 sun.misc.BASE64Encoder 和 sun.misc.BASE64Decoder 两个类
• 在 Spring 中, 也提供了一个 Base64Utils, 它自动根据反射来决定是使用 Java 8 的 java.util.Base64 还是 Apache Commons Codec 的 org.apache.commons.codec.binary.Base64
• 除了 JDK7, 其他的工具类中都有 url safe 的 Base64 编码方法, 而且 JDK7 中会产生换行符！

    // guava 工具类的使用
    public void testBase64() {
        // 原串
        String origin = "abc";
        // encode
        String encodeString = BaseEncoding.base64().encode(origin.getBytes());
        // decode
        String result = new String(BaseEncoding.base64().decode(encodeString));
        // result = origin
        Assert.assertEquals(origin, result);
    }

    // Spring 工具类的使用
    public void testBase64() {
        // 原串
        String origin = "abc";
        // encode
        String encodeString = Base64Utils.encodeToString(origin.getBytes());
        // decode
        String result = new String(Base64Utils.decodeFromString(encodeString));
        // result = origin
        Assert.assertEquals(origin, result);
    }

    // JDK8 工具类的使用
    public void testBase64() {
        // 原串
        String origin = "abc";
        // encode
        String encodeString = Base64.getEncoder().encodeToString(origin.getBytes());
        // decode
        String result = new String(Base64.getDecoder().decode(encodeString.getBytes()));
        // result = origin
        Assert.assertEquals(origin, result);
    }

    // JDK7 工具类的使用(解码时会抛出 IOException)
    public void testBase64() {
        // 原串
        String origin = "abc";

        // encode, 如果原串比较长, 这个方法得到的签名会有换行符, 所以最好不要用JDK7的这个工具
        String encodeString = new BASE64Encoder().encodeBuffer(origin.getBytes());

        // decode
        String result = null;
        try {
            result = new String(new BASE64Decoder().decodeBuffer(encodeString));
        } catch (IOException e) {
            logger.error("Base64解码失败", e);
        }

        // result = origin
        Assert.assertEquals(origin, result);
    }

URLEncode 简介

URLEncoder 和 URLDecoder 用于完成普通字符串和 application/x-www-form-urlencoded MIME 类型的字符串之间的相互转换。

编码规则：

• 字母 (a-z, A-Z), 数字 (0-9), 点(.), 星号(*), 横线(-), 下划线(_)不变
• 空格( )变为加号 (+)
• 其他字符变为 %XY 形式, XY 是两位 16 进制数值
• 在每个 name=value 对之间放置 & 符号(这条规则跟编码没关系)

URLEncode 工具类

JDK 自带了两个工具类 URLEncoder 和 URLDecoder, 下面是用法：

    @Test
    public void testURLEncode() {
        String str = "*. -_~!";
        System.out.println(str);     // *. -_~!
        String encode = URLEncoder.encode(str);
        System.out.println(encode);  // *.+-_%7E%21
        encode = URLEncoder.encode(encode);
        System.out.println(encode);  // *.%2B-_%257E%2521
        // 注意编码两次是不一样的
        String decode = URLDecoder.decode(encode);
        System.out.println(decode);  // *.+-_%7E%21
        decode = URLDecoder.decode(decode);
        System.out.println(decode);  // *. -_~!
    }

Base64 和 URLEncode 扩展阅读：

• Base64 与 URLEncode 简介
• flac 命令
• protoc 命令
• enca 命令
• base32 命令