netty系列之:java中的base64編碼器

簡介

什麼是Base64編碼呢？在回答這個問題之前，我們需要了解一下計算機中文件的分類，對於計算機來說文件可以分爲兩類，一類是文本文件，一類是二進制文件。

對於二進制文件來說，其內容是用二進制來表示的，對於人類是不可立馬理解的。如果你嘗試用文本編輯器打開二進制文件，可能會看到亂碼。這是因爲二進制文件的編碼方式和文本文件的編碼方式是不一樣的，所以當文本編輯器嘗試將二進制文件翻譯成爲文本內容的時候，就會出現亂碼。

對於文本文件來說，也有很多種編碼方式，比如最早的ASCII編碼和目前常用的UTF-8和UTF-16等編碼方式。即使是文本文件，如果你使用不同的編碼方式打開，也可能會看到亂碼。

所以不管是文本文件還是二進制文件也好，都需要進行編碼格式的統一。也就是說寫入的編碼是什麼樣子的，那麼數據讀取的編碼也應該和其匹配。

Base64編碼實際上就是將二進制數據編碼成爲可視化ASCII字符的一種編碼方式。

爲什麼會有這樣的要求呢？

我們知道計算機世界的發展不是一蹴而就的，它是一個慢慢成長的過程，對於字符編碼來說，最早只支持ASCII編碼，後面才擴展到Unicode等。所以對於很多應用來說除了ASCII編碼之外的其他編碼格式是不支持的，那麼如何在這些系統中展示非ASCII code呢？

解決的方式就是進行編碼映射，將非ASCII的字符映射成爲ASCII的字符。而base64就是這樣的一種編碼方式。

常見的使用Base64的地方就是在web網頁中，有時候我們需要在網頁中展示圖片，那麼可以將圖片進行base64編碼，然後填充到html中。

還有一種應用就是將文件進行base64編碼，然後作爲郵件的附件進行發送。

JAVA對base64的支持

既然base64編碼這麼好用，接下來我們來看一下JAVA中的base64實現。

java中有一個對應的base64實現，叫做java.util.Base64。這個類是Base64的工具類，是JDK在1.8版本引入的。

Base64中提供了三個getEncoder和getDecoder方法，通過獲取對應的Encoder和Decoder，然後就可以調用Encoder的encode和decode方法對數據進行編碼和解碼，非常的方便。

我們先來看一下Base64的基本使用例子：

 // 使用encoder進行編碼
 String encodedString = Base64.getEncoder().encodeToString("what is your name baby?".getBytes("utf-8"));
 System.out.println("Base64編碼過後的字符串 :" + encodedString);

 // 使用encoder進行解碼
 byte[] decodedBytes = Base64.getDecoder().decode(encodedString);

 System.out.println("解碼過後的字符串: " + new String(decodedBytes, "utf-8"));

作爲一個工具類，JDK中提供的Base64工具類還是很好用的。

這裏就不詳細講解它的使用，本篇文章主要分析JDK中Base64是怎麼實現的。

JDK中Base64的分類和實現

JDK中Base64類有提供了三個encoder方法，分別是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;
    }

同樣的，它也提供了三個對應的decoder，分別是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;
    }

從代碼中可以看出，這三種編碼分別對應的是RFC4648，RFC4648_URLSAFE和RFC2045。

這三種都屬於base64編碼的變體，我們看下他們有什麼區別：

編碼名稱	編碼字符	編碼字符	編碼字符
	第62位	第63位	補全符
RFC 2045: Base64 transfer encoding for MIME	+	/	=mandatory
RFC 4648: base64 (standard)	+	/	=optional
RFC 4648: base64url (URL- and filename-safe standard)	-	_	=optional

可以看到base64和Base64url的區別是第62位和第63位的編碼字符不一樣，而base64 for MIME跟base64的區別是補全符是否是強制的。

另外，對於Basic和base64url來說，不會添加line separator字符，而base64 for MIME在一行超出76字符之後，會添加’\r’ 和 ‘\n’作爲line separator。

最後，如果在解碼的過程中，發現有不存於Base64映射表中的字符的處理方式也不一樣，base64和Base64url會直接拒絕，而base64 for MIME則會忽略。

base64和Base64url的區別可以通過下面兩個方法來看出：

        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', '+', '/'
        };

        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', '-', '_'
        };

而對MIME來說，定義了一個一行的最大字符個數,和換行符：

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

Base64的高級用法

一般情況下我們用Base64進行編碼的對象長度是固定的，我們只需要將輸入對象轉換成爲byte數組即可調用encode或者decode的方法。

但是在某些情況下我們需要對流數據進行轉換，這時候就可以用到Base64中提供的兩個對Stream進行wrap的方法：

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

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

這兩個方法分別對應於encoder和decoder。

總結

以上就是JDK中對Base64的實現和使用，雖然base64的變種有很多種，但是JDK中的Base64只實現了其中用處最爲廣泛的3種。大家在使用的時候一定要區分具體是那種Base64的實現方式，以免出現問題。

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