Base64编码

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介绍Base64编码，内容包括：简介，Java中使用Base64编码等。

加密算法

第一节 简介

  Base64不是安全领域下的加密解密算法，只能算是一个编码算法，通常用于把二进制数据编码为可写的字符形式的数据，对数据内容进行编码来适合传输(可以对img图像编码用于传输)。这是一种可逆的编码方式。

  编码后的数据是一个字符串，其中包含的字符为：A-Z、a-z、0-9、+、/，共64个字符(26 + 26 + 10 + 1 + 1 = 64，其实是65个字符，“=”是填充字符。Base64要求把每三个8Bit的字节转换为四个6Bit的字节(38 = 46 = 24)，然后把6Bit再添两位高位0，组成四个8Bit的字节，也就是说，转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。原文的字节最后不够3个的地方用0来补足，转换时Base64编码用=号来代替。这就是为什么有些Base64编码会以一个或两个等号结束的原因，中间是不可能出现等号的，但等号最多只有两个。其实不用”=”也不耽误解码，之所以用”=”，可能是考虑到多段编码后的Base64字符串拼起来也不会引起混淆。)

  Base64编码是从二进制到字符的过程，像一些中文字符用不同的编码转为二进制时，产生的二进制是不一样的，所以最终产生的Base64字符也不一样。例如”上网”对应utf-8格式的Base64编码是”5LiK572R”，对应GB2312格式的Base64编码是”yc/N+A==”。

  标准的Base64并不适合直接放在URL里传输，因为URL编码器会把标准Base64中的“/”和“+”字符变为形如“%XX”的形式，而这些“%”号在存入数据库时还需要再进行转换，因为ANSI SQL中已将“%”号用作通配符。

  为解决此问题，可采用一种用于URL的改进Base64编码，它不在末尾填充’=’号，并将标准Base64中的“+”和“/”分别改成了“-”和“_”，这样就免去了在URL编解码和数据库存储时所要作的转换，避免了编码信息长度在此过程中的增加，并统一了数据库、表单等处对象标识符的格式。

  另有一种用于正则表达式的改进Base64变种，它将“+”和“/”改成了“!”和“-”，因为“+”，“*”以及前面在IRCu中用到的“[”和“]”在正则表达式中都可能具有特殊含义。

  此外还有一些变种，它们将“+/”改为“_-”或“.”（用作编程语言中的标识符名称）或“.-”（用于XML中的Nmtoken）甚至“:”（用于XML中的Name）。

第二节 Java中使用Base64编码

2.1 早期

  早期在Java上做Base64的编码与解码，会使用到JDK里sun.misc套件下的BASE64Encoder和BASE64Decoder这两个类别，用法如下：

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public static void main(String[] args) throws Exception {
    final BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();
    final BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();
    final String text ="Java深入";
    final byte[] textByte = text.getBytes("UTF-8");
    //编码
    final String encodedText = encoder.encode(textByte);
    System.out.println("编码后：" + encodedText);//编码后：SmF2Yea3seWFpQ==
    //解码
    System.out.println("解码后：" + new String(decoder.decodeBuffer(encodedText),"UTF-8"));//解码后：Java深入
}

2.2 Apache Commons Codec

  Apache Commons Codec有提供Base64的编码与解码功能，会使用到org.apache.commons.codec.binary套件下的Base64类别，用法如下：

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final Base64 base64 = new Base64();
final String text = "Java深入";
final byte[] textByte = text.getBytes("UTF-8");
//编码
final String encodedText = base64.encodeToString(textByte);System.out.println(encodedText);
//解码
System.out.println(new String(base64.decode(encodedText),"UTF-8"));

2.3 Java8

  Java 8的java.util套件中，新增了Base64的类别，可以用来处理Base64的编码与解码，用法如下：

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final Base64.Decoder decoder = Base64.getDecoder();
final Base64.Encoder encoder = Base64.getEncoder();
final String text = "Java深入";
final byte[] textByte = text.getBytes("UTF-8");
//编码
final String encodedText = encoder.encodeToString(textByte);
System.out.println("编码后：" + encodedText);//编码后：SmF2Yea3seWFpQ==
//解码
System.out.println("解码后：" + new String(decoder.decode(encodedText), "UTF-8"));//解码后：Java深入

  与sun.mis c套件和Apache Commons Codec所提供的Base64编解码器来比较的话，Java 8提供的Base64拥有更好的效能。实际测试编码与解码速度的话，Java 8提供的Base64，要比sun.mis c套件提供的还要快至少11倍，比Apache Commons Codec提供的还要快至少3倍。

2.3.1 三种编码

java.util.Base64工具类提供了一套静态方法获取下面三种BASE64编解码器：

  1. Basic编码：标准的BASE64编码，用于处理常规的需求
  2. URL编码：使用下划线替换反斜线“/”有特殊的意义，URL编码会替换掉反斜线
  3. MIME编码：使用基本的字母数字产生BASE64输出，对MIME格式比较适配：每一行输出不超过76个字符，而且每行以“\r\n”符结束。
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        //Basic编码
        String basicEncoded = Base64.getEncoder().encodeToString("subjects?parm=abcd".getBytes("UTF-8"));
        System.out.println("basic encoder: " + basicEncoded);//basic encoder: c3ViamVjdHM/cGFybT1hYmNk
        //URL编码
        String urlEncoded = Base64.getUrlEncoder().encodeToString("subjects?parm=abcd".getBytes("UTF-8"));
        System.out.println("url encoder: " + urlEncoded);//url encoder: c3ViamVjdHM_cGFybT1hYmNk
        //MIME编码
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int t = 0; t < 10; ++t) {
            sb.append(UUID.randomUUID().toString());
        }
        byte[] toEncode = sb.toString().getBytes("UTF-8");
        String mimeEncoded = Base64.getMimeEncoder().encodeToString(toEncode);
        System.out.println("mime encoder: " + mimeEncoded);

mime encoder: NWZkZjNhYTAtNTM5OS00MWMzLWJkMzctNDQ5MTI2ZTM1MmFlNzgxMmZhYmItODllMS00ZDI5LThi
MTktMzVjNjdiYzQyMzYyMWRmNjdjMmUtNmI4YS00Y2MxLWEwOTAtODdkM2Y2Mzk4OTM3NjYzY2E3
NjEtMThkZi00NTAwLThiNTgtMWZiOTQ5YWUwOTNhN2NhYTIzYWEtMDg1Zi00YTIyLWI5OTAtMGEw
ZGI5YTYzMTRmNzU1OTAwODMtYjg0My00MjQyLTkxZDEtYzgwZGFlZTBmNmIzNzkxM2RmZjEtNGVi
Ny00YTgzLWEyYjYtMGI5NTY5OGE4MjQwYmMwZDE3NDktZTI2Mi00NGNlLWJmOTgtZjZjNWVhNzIw
OTNjMTRjODJhMjUtYWNjNS00ODZhLWIzNmEtMGU4ZTJkYjAzNTFhZDc3OTUzOTItMWQ3NS00ZWZh
LWE4YWItMjFlOWZiNjRkYjMz

2.3.2 流的支持

  java.util.Base64支持流，包括编码和效率都很高，编码器和解码器的输入和输出无需缓冲Buffer。

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public static void wrapping() throws IOException {
    String src = "This is the content of any resource read from somewhere" +
            " into a stream. This can be text, image, video or any other stream.";

    // 编码器封装OutputStream, 文件/tmp/buff-base64.txt的内容是BASE64编码的形式
    try (OutputStream os = Base64.getEncoder().wrap(new FileOutputStream("/tmp/buff-base64.txt"))) {
        os.write(src.getBytes("UTF-8"));
    }

    // 解码器封装InputStream, 以及以流的方式解码, 无需缓冲
    // is being consumed. There is no need to buffer the content of the file just for decoding it.
    try (InputStream is = Base64.getDecoder().wrap(new FileInputStream("/tmp/buff-base64.txt"))) {
        int len;
        byte[] bytes = new byte[100];
        while ((len = is.read(bytes)) != -1) {
            System.out.print(new String(bytes, 0, len, "UTF-8"));
        }
    }
}

参考博客和文章书籍等：

Java Base64 编码解码方案总结

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