java 自定义实现Base64编码
//TODO 修改Decoder的静态方法,禁止提供返回String的方法,原因:在AES加密时才发现自己一直的一个误区,new String()和getBytes()两者操作得到的字节数组不一定都是一样的,应该先getBytes(),才能去new String(),在测试AES加密时,用这个Base64工具类对AES产生的数组进行加密时没问题,解密时返回字符串就错了,因为这个数组不是getBytes()生成的,new String()时,数组中的字节和编码表并不能一一对应,那么你new String()后,再次getBytes()数组就会变化,所以如果有中间其他调用的时候就会出错,Decoder不能提供返回String的方法,可以看到所有java 实现的Base64解密的Decoder类都没有提供返回String的方法
修复不支持中文问题,原理在转字节数组的时候 & 0xff (1111 1111)实际上是将负数转为显示成不考虑符号位的负数的补码形式,正数不受影响
//编码实例:"foobar1",请按标注的数字从1-5看,1.将字符串转为字节数组,2将字节数组换成二进制字符串,3.处理字节数组转为使每个元素长度为8(长度不够的在前面添0),4.拼接数组为一个大字符串,
// 然后每6个长度为一组,最后一个如果长度不够,后面补0,每两个0记一个"=",并放入数组,5.最后将二进制字符串转为十进制,当做base64表中的下标找对应的值拼接起来,如果后面补0,则在后面拼接上"=",
// 最后可以直接返回字符串,或返回字符串的字节数组
//解码过程就是倒着来
// 5 index列:[25, 38, 61, 47, 24, 38, 5, 50, 12, 16]
// 4 二进制字符串按6分组:[011001, 100110, 111101, 101111, 011000, 100110, 000101, 110010, 001100, 010000]
// 3 字符串转数组,按8补0后:[01100110, 01101111, 01101111, 01100010, 01100001, 01110010, 00110001]
// 2 字符串转数组:[1100110, 1101111, 1101111, 1100010, 1100001, 1110010, 110001]
// 1 待解码的文字的字节数组:[102, 111, 111, 98, 97, 114, 49]
/**
* Base 64 编码规则:
* 1. 将byte数组的值转为二进制并放入数组,将数组中的每个元素的长度变成8个bit位,(即如果长度是6,则在值前面补两个0),最后按顺序拼接成一个完整的字符串
* 2.将字符串以6位分组,不足的,要在末尾补0,达到6的倍数(记下补0的次数)
* 3.将 每个分组的字符串拿出来,转为十进制以这个为下标,去查表,取得所需的对应编码值
* 4.将值(可以拼接成字符串,也可以byte数组的形式返回)如果第二部在末尾补0了,每补"00",就在值后拼接一个'='
* @param binaryStrArr
* @return
*/
根据根据rfc 4648和rfc 2045
package com.util.math;
import java.util.Arrays;
import com.util.ArrayUtil;
import com.util.StringUtil;
/**
* TODO 暂时不支持中文的编码转换
* @author Administrator
*
*/
public class Base64 {
/**
* Base 64值参考表
值 编码 值 编码 值 编码 值 编码
0 A 17 R 34 i 51 z
1 B 18 S 35 j 52 0
2 C 19 T 36 k 53 1
3 D 20 U 37 l 54 2
4 E 21 V 38 m 55 3
5 F 22 W 39 n 56 4
6 G 23 X 40 o 57 5
7 H 24 Y 41 P 58 6
8 I 25 Z 42 q 59 7
9 J 26 a 43 r 60 8
10 K 27 b 44 s 61 9
11 L 28 c 45 t 62 +
12 M 29 d 46 u 63 /
13 N 30 e 47 v
14 O 31 f 48 w （pad）=
15 P 32 g 49 x
16 Q 33 h 50 y
*/
//根据rfc 4648和rfc 2045
private static final byte[] STANDARD_ENCODE_TABLE = {
'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', '+', '/'
};
public static void main(String[] args) {
String encode = Encoder.encode("中");
//System.out.println(encode);
//String decode = Decoder.decode("dGVzdHRlc3R0ZXN0dGVzdA==");
//System.out.println(decode);
System.out.println(new String(Base64_2.getEncoder().encode("测试测试".getBytes())));
}
//编码实例:"foobar1",请按标注的数字从1-5看,1.将字符串转为字节数组,2将字节数组换成二进制字符串,3.处理字节数组转为使每个元素长度为8,4.拼接数组为一个大字符串,
// 然后每6个长度为一组,最后一个如果长度不够,后面补0,每两个0记一个"=",并放入数组,5.最后将二进制字符串转为十进制,当做base64表中的下标找对应的值拼接起来,如果后面补0,则在后面拼接上"=",
// 最后可以直接返回字符串,或返回字符串的字节数组
//解码过程就是倒着来
// 5 index列:[25, 38, 61, 47, 24, 38, 5, 50, 12, 16]
// 4 二进制字符串按6分组:[011001, 100110, 111101, 101111, 011000, 100110, 000101, 110010, 001100, 010000]
// 3 字符串转数组,按8补0后:[01100110, 01101111, 01101111, 01100010, 01100001, 01110010, 00110001]
// 2 字符串转数组:[1100110, 1101111, 1101111, 1100010, 1100001, 1110010, 110001]
// 1 待解码的文字的字节数组:[102, 111, 111, 98, 97, 114, 49]
public static class Encoder{
public static String encode(String str){
// System.out.println("待编码的文字的字节数组:"+Arrays.toString(str.getBytes()));
return encode(str.getBytes());
}
public static String encode(byte[] b){
String strArr [] = new String[b.length];
for (int i = 0; i < b.length; i++) {
strArr[i] = DecimalConversion.decimalToOther(2, String.valueOf((byte)b[i] & 0xff));//& 0xff(1111 1111)实际上是将负数转为显示成不考虑符号位的负数的补码形式,正数不受影响
}
String encodeByte = encode0(strArr);
return encodeByte;
}
public static byte[] encodeByte(String str){
return encode(str).getBytes();
}
public static byte[] encodeByte(byte[] b){
return encode(b).getBytes();
}
/**
* Base 64 编码规则:
* --:错误1.将byte数组中的值转为二进制,将所有二进制数的长度相加,看长度是否为8的倍数,如果不足,则在每个数组元素的二进制前面补0,直到长度满足8的倍数
* 1. 将byte数组的值转为二进制并放入数组,将数组中的每个元素的长度变成8个bit位,(即如果长度是6,则在值前面补两个0),最后按顺序拼接成一个完整的字符串
* 2.将字符串以6位分组,不足的,要在末尾补0,达到6的倍数(记下补0的次数)
* 3.将 每个分组的字符串拿出来,转为十进制以这个为下标,去查表,取得所需的对应编码值
* 4.将值(可以拼接成字符串,也可以byte数组的形式返回)如果第二部在末尾补0了,每补"00",就在值后拼接一个'='
* @param binaryStrArr
* @return
*/
private static String encode0(String [] binaryStrArr){//二进制字符串 //int类型最大是32位
int len = 0;//标记第二部,以6分组加 0 的次数
String binaryStr = "";
int strArrLength = StringUtil.getStringArrLength(binaryStrArr);
// System.out.println("字符串转数组:"+ Arrays.toString(binaryStrArr));
//将二进制的编码,以8位为一组,//不足的前面补0
for (int i = 0; i < binaryStrArr.length; i++) {
binaryStrArr[i] = StringUtil.addZeroFirst(binaryStrArr[i], 8);
}
binaryStr = StringUtil.getLongStrToStrArr(binaryStrArr);
//分成6 位一组的字符串,不足末尾补0
int mod6 = binaryStr.length()%6;
if(mod6 != 0){
len = 6 - mod6;
binaryStr = binaryStr.concat(StringUtil.addZero(len));
}
//按6个长度分组
String[] splitForNum = StringUtil.splitForLength(binaryStr, 6);
StringBuffer sbf = new StringBuffer();
int lastLen = len/2;
//byte [] result = new byte[splitForNum.length + lastLen];
for (int i = 0; i < splitForNum.length; i++) {//将截取的二进制字符串 转十进制
int index = Integer.valueOf( DecimalConversion.otherToDecimal(2, splitForNum[i]));
sbf.append((char)STANDARD_ENCODE_TABLE[index]);
}
//每加 00;则输出结果 加 =
for (int i = splitForNum.length; i < splitForNum.length + lastLen; i++) {
sbf.append('=');
}
// System.out.println("字符串转数组,按8补0后:"+ Arrays.toString(binaryStrArr));
// System.out.println("二进制字符串按6分组后:"+ Arrays.toString(splitForNum));
return sbf.toString();
}
}
public static class Decoder{
/**
*4. 将前面得到的字符串进行按8分组,并去除前面多余的0(不去也行)
*5. 将每个二进制元素转为十进制,并放入byte数组,(可以直接返回数组,也可以拼接成字符串返回)
*
* @param str
*/
public static byte[] decodeByte(String str){
String longStr = decode0(str);
//按8分组
String[] binaryEightStr = StringUtil.splitForLength(longStr, 8);
// System.out.println("字符串转数组,按8补0后:"+Arrays.toString(binaryEightStr));
byte [] b = new byte[binaryEightStr.length];
for (int i = 0; i < binaryEightStr.length; i++) {
binaryEightStr[i] = StringUtil.removeStartingNumStr(binaryEightStr[i], 0);//去除前面多余的0
//转为十进制
int decimalValue = Integer.valueOf(DecimalConversion.otherToDecimal(2, binaryEightStr[i]));
b[i] = (byte) decimalValue;
}
// System.out.println("字符串转数组:"+Arrays.toString(binaryEightStr));
// System.out.println("待解码的文字的字节数组:"+Arrays.toString(b));
return b;
//return new Strng(b);//TODO //不能随便new String,必须先getBytes(),然后在new String(),不然得到的字节数组前后会不一致,不然会出现异想不到的后果
}
public static byte[] decodeByte(byte[] b){
return decodeByte(new String(b));
}
/**
* 1. 去除字符串中的"=",并记录下"="出现的次数
* 2. 去除后的字符串,分成字符串数组,每个值去查 base64标准表,得到对应的下标索引,放入到一个数组中
* 3. 将数组拼接成一个完整的二进制字符串,并且去除末尾多余的0(通过"="出现的次数*2)
* @param bytes
* @return
*/
private static String decode0(String str){
int indexOf = str.indexOf("=");
int equalsCount = 0;
if(indexOf != -1){
str = str.substring(0, indexOf);
equalsCount = str.length() - indexOf;
}
byte[] bytes = str.getBytes();
String[] strArr = new String[bytes.length];
String[] binaryStrArr = new String[bytes.length];
for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
//返回 -1 的原因,二分查找,要求查找的数组是有序的....
//strArr[i]= String.valueOf(Arrays.binarySearch(STANDARD_ENCODE_TABLE, bytes[i]));//查找对应编码的下标
strArr[i] = String.valueOf(ArrayUtil.searchIndex(STANDARD_ENCODE_TABLE, bytes[i]));//
String strIndex = DecimalConversion.decimalToOther(2, strArr[i]);
binaryStrArr[i] = StringUtil.addZeroFirst(strIndex, 6);
}
// System.out.println("index列:"+Arrays.toString(strArr));
// System.out.println("二进制字符串按6分组:"+Arrays.toString(binaryStrArr));
String longStr = StringUtil.getLongStrToStrArr(binaryStrArr);
longStr.substring(0,longStr.length() - (equalsCount << 1));//去除末尾添加的0//equals * 2
return longStr;
}
}
}用到的自定义String工具类:
package com.util;
import java.lang.String;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class StringUtil{
/**
* 返回string 的单个字符的String 数组形式,而不是字符数组形式
* @param str
* @return
*/
public static String[] getStrings(String str){
int j = str.length();
String [] strArr = new String[j];
for (int i = 0; i < j; i++) {
strArr[i] = str.substring(i, i + 1);
}
return strArr;
}
/**
* 反转
* @param result
* @return
*/
public static String reverse(String result) {
StringBuffer sbf = new StringBuffer();
for (int i = 0,j = result.length(); i < j; i++) {
sbf.append(result.substring(j-i-1,j-i));
}
return sbf.toString();
}
/**
* 获得反转的单个字符的字符串数组
* @param str
* @return
*/
public static String[] getStringsReverse(String str){
return getStrings(reverse(str));
}
/**
* 返回传入的数量的"0"字符串
* @param size
* @return
*/
public static String addZero(int size){
StringBuffer sbf = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < size; i++) {
sbf.append("0");
}
return sbf.toString();
}
/**
* 根据位数自动添加缺少的0,将0补在开头
* 补全二进制的0
* @param size
* @return 返回补全后的字符串
*/
public static String addZeroFirst(String str,int num){
int mod = str.length() % num;
int len = 0;
if(mod == 0) return str;
else if(mod != 0) len = num - mod;
StringBuffer sbf = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < len; i++) {
sbf.append("0");
}
return sbf.toString().concat(str);
}
/**
* 根据位数自动添加缺少的0,将0补在结尾
* 补全二进制的0
* @param size
* @return 返回补全后的字符串
*/
public static String addZeroEnd(String str,int num){
return reverse(addZeroFirst(reverse(str), num));
}
/**
* 根据传入长度截取字符串,返回字符串数组
* 注意,位数不够的请自行补0
* @param str
* @param num
* @return
*/
public static String[] splitForLength(String str,int num){
/*int numValue = str.length() % num;
if(numValue != 0){
str = str.concat(addzero(num - numValue));
}*/
String [] strArr = new String[str.length() / num];
for (int i = 0; i < strArr.length; i++) {
strArr[i] = str.substring((0 + i)*num,(1 + i)*num);// 0,6 ; 6,12
}
return strArr;
}
/**
* 获得string数组的数组各个元素的长度之和
* @param strArr
* @return
*/
public static int getStringArrLength(String[] strArr){
int count = 0;
for (String str : strArr) {
count += str.length();
}
return count;
}
/**
* 获得字符串数组的各个下标拼接的长字符串
* @param strArr
* @return
*/
public static String getLongStrToStrArr(String[] strArr){
return getLongStrToIndex(strArr,0,strArr.length);
}
public static String getLongStrToIndex(String[] strArr,int endIndex){//index 索引,下标
return getLongStrToIndex(strArr, 0,endIndex);
}
public static String getLongStrToIndex(String[] strArr,int startIndex,int endIndex){
String longStr = "";
for (int i = startIndex; i < endIndex; i++) {
longStr += strArr[i];
}
return longStr;
}
public static boolean checkEmpty(String str){
if(null != str && !str.equals("")){
return false;
}
return true;
}
/**
* 去除以特定数字开头的子字符串,直到后面跟着的是其他子字符串,
* 返回一个去除后的新字符串
*
* @param str
* @param num 单个数字,范围:0-9
*/
public static String removeStartingNumStr (String str,int num){
return removeStartingStr(str, String.valueOf(num));
}
/**
* 去除以特定数字结尾的子字符串,直到前面跟着的是其他字符串
* 返回一个去除后的新字符串
* @param str
* @param num
* @return
*/
public static String removeEndingNumStr(String str,int num){
String removeStartingNumStr = removeStartingStr(reverse(str),String.valueOf(num));
return reverse(removeStartingNumStr);
}
/**
* 去除以特定字符(注意:只能是单个字符)开头的子字符串,直到后面跟着的是其他子字符串,
* 返回一个去除后的新字符串
* @param str
* @param childrenStr
* @return
*/
public static String removeStartingStr (String str,String childrenStr){
String[] strings = getStrings(str);
Integer index = null;
for (int i = 0; i < strings.length; i++) {
if(strings[i].equals(childrenStr)){
index = i;
}else{
break;
}
}
if(null != index){
str = str.substring(index+1);
}
return str;
}
/**
* 去除以特定字符(注意:只能是单个字符)结尾的子字符串,直到前面跟着的是其他子字符串,
* 返回一个去除后的新字符串
* @param str
* @param childrenStr
* @return
*/
public static String removeEndingStr(String str,String childrenStr){
String removeStartingNumStr = removeStartingStr(reverse(str),childrenStr);
return reverse(removeStartingNumStr);
}
}数组工具类:
package com.util;
public class ArrayUtil {
/**
* 无序数组的查找
* 如果是有序的,Arrays.binarySearch()二分查找
* @param b
* @param key
* @return 返回该元素在数组中的下标,如果有数组中要查询的值有多个,则返回第一次出现的索引
* -1:表示数组中不存在该值
*/
public static int searchIndex(byte[] b,byte key){
byte[] b2 = {key};
String str = new String(b);
String keyStr = new String(b2);
if(str.contains(keyStr)){
return str.indexOf(keyStr);
}else{
return -1;
}
}
/**
* 无序数组的查找
* 如果是有序的,Arrays.binarySearch()二分查找
* @param b
* @param key
* @return 返回该元素在数组中的下标,如果有数组中要查询的值有多个,则返回第一次出现的索引
* -1:表示数组中不存在该值
*/
public static int searchIndex2(byte[] b,byte key){
for (int i = 0; i < b.length; i++) {
if(b[i] == key){
return i;
}
}
return -1;
}
}
自定义实现的DecimalConversion工具类,在上篇进制转换类中有https://blog.csdn.net/kzcming/article/details/79649639
java Base64主要实现有:
1.java8.0 中 java.util.Base64 效率较高
2.java8 中的sun.misc.BASE64Decoder和Base64Encoder,因为支持不是很好,以后可能会废弃
3.java6中隐藏较深的javax.xml.bind.DatatypeConverter有两个静态方法:parseBase64Binary和 printBase64Binary
其他三方实现
4.apache的commons-codec 的jar包的org.apache.commons.codec.binary.Base64
5.便是Google Guava库里面的com.google.common.io.BaseEncoding.base64() 这个静态方法；
6是net.iharder.Base64，这个jar包就一个类；
7.号称Base64编码速度最快的MigBase64，
& 0xff 具体解释:
&上0xff(1111 1111)实际上是将负数转为显示成不考虑符号位的负数的补码形式,正数不受影响
举例: - 13 & 0xff = 243; 13 & 0xff = 13;
-13的原码为:1000 1101 (13的原码为:0000 1101,正数的补码原码反码相同,负数的原码为正数的原码将最高位符号位改为1)
-13的反码为:1111 0010 (负数的反码为原码取反,最高位不变)
-13的补码为:1111 0011(负数的补码为原码+1),将此二进制转为十进制:243
而 0xff 的二进制: 1111 1111
进行& 操作,1为true,0为false,两个数转为二进制,从高位开始比较,如果两个数都为1,则为1,否则为0