UTF8编码的原理及白名单过滤utf8mb4（Caused by: java.sql.BatchUpdateException: Incorrect string value）

这几天遇到Mysql数据落库报编码错误：

Caused by: java.sql.BatchUpdateException: Incorrect string value: '\xF0\x9F\x98\x8A',...' for column 'statement_text' at row 1

Caused by: java.sql.BatchUpdateException: Incorrect string value: '\xF0\xA0\x81\x81%'...' for column 'statement_sample' at row 1

网上提供了大部分的解决方法是修改数据库配置，但是数据库如果使用连接池，无法保证其他连接时不指定utf-8，所以避免不了其他连接污染连接池。这里给出另一种解决方法，过滤掉特殊字符。

1 UTF-8编码分段

UTF-8（8-bit Unicode Transformation Format）是一种针对Unicode的可变长度字符编码，也是一种前缀码。它可以用来表示Unicode标准中的任何字符，且其编码中的第一个字节仍与ASCII兼容，这使得原来处理ASCII字符的软件无须或只须做少部分修改，即可继续使用。因此，它逐渐成为电子邮件、网页及其他存储或发送文字优先采用的编码。

1.0 符号查询方法

http://www.fileformat.info/info/unicode/char/xxxxx/index.htm

替换xxxx为需要查询的字符16进制编码

例如emoji的SMILING FACE的编码为1f60a：查询地址
字符a的编码为61：查询地址

1.1 Ascii

128个US-ASCII字符只需一个字节编码（Unicode范围由U+0000至U+007F）

例如

十六进制（JAVA）	图形
“\u0060”	`
“\u0061”	a
“\u0062”	b
“\u0063”	c
“\u0064”	d
“\u0065”	e

1.2 拉丁文等

带有附加符号的拉丁文、希腊文、西里尔字母、亚美尼亚语、希伯来文、阿拉伯文、叙利亚文及它拿字母则需要两个字节编码（Unicode范围由U+0080至U+07FF）。

十六进制（JAVA）	图形	查询连接
“\u0550”	Ր	link
“\u0450”	ѐ	link

1.3 中文等

其他基本多文种平面（BMP）中的字符（这包含了大部分常用字，如大部分的汉字）使用三个字节编码（Unicode范围由U+0800至U+FFFF）。

十六进制（JAVA）	图形	查询连接
“\u9AD8”	高	link
“\u738B”	王	link

1.4 其他

其他极少使用的Unicode 辅助平面的字符使用四至六字节编码（Unicode范围由U+10000至U+1FFFFF使用四字节，Unicode范围由U+200000至U+3FFFFFF使用五字节，Unicode范围由U+4000000至U+7FFFFFFF使用六字节）。

十六进制（JAVA）	图形	查询连接
“\uD83D\uDE0A”	?	link
“\uD83D\uDE0F”	?	link

2 UTF-8编码字节含义

• 对于UTF-8编码中的任意字节B，如果B的第一位为0，则B独立的表示一个字符(ASCII码)；
• 如果B的第一位为1，第二位为0，则B为一个多字节字符中的一个字节(非ASCII字符)；
• 如果B的前两位为1，第三位为0，则B为两个字节表示的字符中的第一个字节；
• 如果B的前三位为1，第四位为0，则B为三个字节表示的字符中的第一个字节；
• 如果B的前四位为1，第五位为0，则B为四个字节表示的字符中的第一个字节；

因此，对UTF-8编码中的任意字节，根据第一位，可判断是否为ASCII字符；根据前二位，可判断该字节是否为一个字符编码的第一个字节；根据前四位（如果前两位均为1），可确定该字节为字符编码的第一个字节，并且可判断对应的字符由几个字节表示；根据前五位（如果前四位为1），可判断编码是否有错误或数据传输过程中是否有错误。

码点的位数	码点起值	码点终值	字节序列	Byte 1	Byte 2	Byte 3	Byte 4	Byte 5	Byte 6
7	U+0000	U+007F	1	0xxxxxxx
11	U+0080	U+07FF	2	110xxxxx	10xxxxxx
16	U+0800	U+FFFF	3	1110xxxx	10xxxxxx	10xxxxxx
21	U+10000	U+1FFFFF	4	11110xxx	10xxxxxx	10xxxxxx	10xxxxxx
26	U+200000	U+3FFFFFF	5	111110xx	10xxxxxx	10xxxxxx	10xxxxxx	10xxxxxx
31	U+4000000	U+7FFFFFFF	6	1111110x	10xxxxxx	10xxxxxx	10xxxxxx	10xxxxxx	10xxxxxx

• 在ASCII码的范围，用一个字节表示，超出ASCII码的范围就用字节表示，这就形成了我们上面看到的UTF-8的表示方法，好处是当UNICODE文件中只有ASCII码时，存储的文件都为一个字节，所以就是普通的ASCII文件无异，读取的时候也是如此，所以能与以前的ASCII文件兼容。
• 大于ASCII码的，就会由上面的第一字节的前几位表示该unicode字符的长度，比如110xxxxx前三位的二进制表示告诉我们这是个2BYTE的UNICODE字符；1110xxxx是个三位的UNICODE字符，依此类推；xxx的位置由字符编码数的二进制表示的位填入。越靠右的x具有越少的特殊意义。只用最短的那个足够表达一个字符编码数的多字节串。注意在多字节串中，第一个字节的开头"1"的数目就是整个串中字节的数目。

3 Java过滤4字长UTF-8编码字符（保留3字长字符）

• 如上述1.1，1.2，1.3中提到，三字长编码保存了大部分常规字符，使用白名单保留这部份字符可以满足一般业务需求，过滤掉特殊字符串（解决MYSQL特殊字符无法插入的问题）。

• 4字长的UTF-8字符就是Unicode SMP（辅助平面）中的字符, 也就是Unicode编码大于U+FFFF的字符, 所以我们只需要获取字符串中各个字符的code point，当code point 大于FFFF时（或者直接使用Character.isSupplementaryCodePoint来判断），过滤掉即可。

示例代码如下：

    @Test
    public void filterUtf8mb4Test() {
        String s = "a中\uD83D\uDD11a中";
        log.info(filterUtf8mb4(s));
    }

    public static String filterUtf8mb4(String str) {
        final int LAST_BMP = 0xFFFF;
        StringBuilder sb = new StringBuilder(str.length());
        for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
            int codePoint = str.codePointAt(i);
            if (codePoint < LAST_BMP) {
                sb.appendCodePoint(codePoint);
            } else {
                i++;
            }
        }
        return sb.toString();
    }

输出结果为：

a中a中

4 一些笔记

不想重启方案

执行之前在当前会话执行下面二选一

set character_set_client = utf8mb4;

SET NAMES utf8mb4;

服务端修改方案记录

（要改全，改完了重启）

[client] 
default-character-set = utf8mb4
[mysqld]
character-set-server = utf8mb4 
collation-server = utf8mb4_unicode_ci
[mysql] 
default-character-set = utf8mb4

参考官方文档
mysql域含义
参数
字符集

SQL修改字符集

ALTER DATABASE database_name CHARACTER SET = utf8mb4 COLLATE = utf8mb4_unicode_ci;
ALTER TABLE table_name CONVERT TO CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_unicode_ci;
ALTER TABLE table_name CHANGE column_name column_name VARCHAR(length) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_unicode_ci;

5 引用

字符集资料出处
https://zh.wikipedia.org/wiki/UTF-8
http://www.fileformat.info
https://www.cnblogs.com/chrischennx/p/6623610.html
修改数据库的方法请参考
https://blog.csdn.net/hzw19920329/article/details/55670782