Java中的base64編碼器怎麼實現

簡介

什麼是Bas​​e64編碼呢？在回答這個問題之前，我們需要了解一下電腦中文件的分類，對於電腦來說文件可以分為兩類，一類是文字文件，一類是二進位。

對於二進位檔案來說，其內容是用二進位來表示的，對於人類是不可立刻理解的。如果你嘗試用文字編輯器開啟二進位文件，可能會看到亂碼。這是因為二進位檔案的編碼方式和文字檔案的編碼方式是不一樣的，所以當文字編輯器嘗試將二進位檔案翻譯成為文字內容的時候，就會出現亂碼。

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

所以不管是文字檔案或是二進位檔案也好，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，那麼資料讀取的編碼也應該要符合。

Base64編碼其實就是將二進位資料編碼成為視覺化ASCII字元的一種編碼方式。

為什麼會有這樣的要求呢？

我們知道電腦世界的發展不是一蹴可幾的，它是一個慢慢成長的過程，對於字元編碼來說，最早只支援ASCII編碼，後面才擴展到Unicode等。所以對於許多應用來說除了ASCII編碼之外的其他編碼格式是不支援的，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的字元映射成為ASCII的字元。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，然後填入html。

還有一種應用程式就是將檔案進行base64編碼，然後再作為郵件的附件進行傳送。

JAVA對base64的支援

既然base64編碼這麼好用，接下來我們來看看JAVA中的base64實作。

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版本引進的。

Base64中提供了三個getEncoder和getDecoder方法，透過取得對應的Encoder和Decoder，然後可以呼叫Encoder的encode和decode方法對資料進行編碼和解碼，非常的方便。

我們先來看看Base64的基本使用範例：

 // 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"));

作為一個工具類，JDK中提供的Base64工具類還是很好用的。

這裡就不詳細解釋它的使用，這篇文章主要分析JDK中Base64是怎麼實現的。

JDK中Base64的分類和實作

JDK中Base64類別有提供了三個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：

RFC 4648: base64 (standard)##/=RFC 4648: base64url (URL- and filename-safe standard)-_#= ##可以看到base64和Base64url的差別是第62位元和第63位元的編碼字元不一樣，而base64 for MIME跟base64的差別是補全符是否是強制的。

#編碼名稱	#編碼字符	編碼字元	編碼字元
	第62位元	第63位元	補全符
RFC 2045: Base64 transfer encoding for MIME		##/	= mandatory
			optional
			optional

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'作為line separator。

最後，如果在解碼的過程中，發現有不存於Base64映射表中的字元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的差異可以透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元個數,和換行符：

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

Base64的高階用法

一般情況下我們用Base64進行編碼的物件長度是固定的，我們只需要將輸入物件轉換成為byte陣列即可呼叫encode或decode的方法。

但是在某些情況下我們需要對流資料進行轉換，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encoder和decoder。

以上是Java中的base64編碼器怎麼實現的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！