近年来，二维码的使用越来越风生水起，笔者最近手头也遇到了一个需要使用二维码扫码登录网站的活，所以研究了一下这一套机制，并用代码实现了整个流程，接下来就和大家聊聊二维码登录及的那些事儿。
二维码原理
二维码是微信搞起来的，当年微信扫码二维码登录网页微信的时候，感觉很神奇，然而，我们了解了它的原理，也就没那么神奇了。二维码实际上就是通过黑白的点阵包含了一个url请求信息。端上扫码，请求url，做对应的操作。
一般性扫码操作的原理
微信登录、支付宝扫码支付都是这个原理：
如图所示：
1. 请求二维码
桌面端向服务器发起请求一个二维码的。
2. 生成包含唯一id的二维码
桌面端会随机生成一个id，id唯一标识这个二维码，以便后续操作。
3. 端上扫码
移动端扫码二维码，解chu出二维码中的url请求。
4. 移动端发送请求到服务器
移动端向服务器发送url请求，请求中包含两个信息，唯一id标识扫的是哪个码，端上浏览器中特定的cookie或者header参数等会标识由哪个用户来进行扫码的。
5. 服务器端通知扫码成功
服务器端收到二维码中信息的url请求时，通知端上已经扫码成功，并添加必要的登录Cookie等信息。这里的通知方式一般有几种：websocket、轮训hold住请求直到超时、隔几秒轮训。
二维码中url的艺术
如何实现自有客户端和其他客户端扫码（如微信）表现的不同
比如，在业务中，你可能想要这样的操作，如果是你公司的二维码被其他app（如微信）所扫描，想要跳转一个提示页，提示页上可以有一个app的下载链接；而当被你自己的app所扫描时，直接进行对应的请求。
这种情况下，可以这样来做，所有二维码中的链接都进行一层加密，然后统一用另一个链接来处理。
如：www.test.com/qr?p=xxxxxx,p参数中包含服务器与客户端约定的加解密算法（可以是对称的也可以是非对称的),端上扫码到这种特定路径的时候，直接用解密算法解p参数，得到www.testqr.com/qrcode?key=s1arV,这样就可以向服务器发起请求了，而其他客户端因为不知道这个规则，只能直接去请求www.test.com/qr?p=xxxxxx，这个请求返回提示页。
如何让二维码更简单
很多时候，又要马儿跑，又要马儿不吃草。想要二维码中带有很多参数，但是又不想要二维码太复杂，难以被扫码出来。这时候，就需要考虑如何在不影响业务的情况下让二维码变的简单。
- 与端上约定规则：比如定义编码信息中i参数为
1,2,3表示不同的uri，端上来匹配遇到不同的i参数时请求哪个接口 - 简化一切能简化的地方：简化uri，简化参数中的key、value。如
www.a.com/q?k=s1arV就比www.abc.def.adfg.edu.com.cn/qrcode/scan?k=77179574e98a7c860007df62a5dbd98b要简化很多，生成的二维码要好扫很多。 - 简化唯一id参数：上一条中前一个请求中参数值只有5位，后一个请求中参数值为生成的32位md5值。生成一个端的key至关重要。
示例代码
生成二维码（去掉白边，增加中间的logo）
需要导入jar包：zxing的 core-2.0.jar
import java.awt.BasicStroke;
import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.Image;
import java.awt.Shape;
import java.awt.geom.RoundRectangle2D;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import javax.imageio.ImageIO;
import com.google.zxing.BarcodeFormat;
import com.google.zxing.EncodeHintType;
import com.google.zxing.MultiFormatWriter;
import com.google.zxing.common.BitMatrix;
import com.google.zxing.qrcode.decoder.ErrorCorrectionLevel;
public class QrCodeUtil {
private static final int BLACK = Color.black.getRGB();
private static final int WHITE = Color.WHITE.getRGB();
private static final int DEFAULT_QR_SIZE = 183;
private static final String DEFAULT_QR_FORMAT = "png";
private static final byte[] EMPTY_BYTES = new byte[0];
public static byte[] createQrCode(String content, int size, String extension) {
return createQrCode(content, size, extension, null);
}
/**
* 生成带图片的二维码
* @param content 二维码中要包含的信息
* @param size 大小
* @param extension 文件格式扩展
* @param insertImg 中间的logo图片
* @return
*/
public static byte[] createQrCode(String content, int size, String extension, Image insertImg) {
if (size <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("size (" + size + ") cannot be <= 0");
}
ByteArrayOutputStream baos = null;
try {
Map hints = new HashMap();
hints.put(EncodeHintType.CHARACTER_SET, "utf-8");
hints.put(EncodeHintType.ERROR_CORRECTION, ErrorCorrectionLevel.M);
//使用信息生成指定大小的点阵
BitMatrix m = new MultiFormatWriter().encode(content, BarcodeFormat.QR_CODE, size, size, hints);
//去掉白边
m = updateBit(m, 0);
int width = m.getWidth();
int height = m.getHeight();
//将BitMatrix中的信息设置到BufferdImage中，形成黑白图片
BufferedImage image = new BufferedImage(width, height, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
for (int i = 0; i < width; i++) {
for (int j = 0; j < height; j++) {
image.setRGB(i, j, m.get(i, j) ? BLACK : WHITE);
}
}
if (insertImg != null) {
// 插入中间的logo图片
insertImage(image, insertImg, m.getWidth());
}
//将因为去白边而变小的图片再放大
image = zoomInImage(image, size, size);
baos = new ByteArrayOutputStream();
ImageIO.write(image, extension, baos);
return baos.toByteArray();
} catch (Exception e) {
} finally {
if(baos != null)
try {
baos.close();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
return EMPTY_BYTES;
}
/**
* 自定义二维码白边宽度
* @param matrix
* @param margin
* @return
*/
private static BitMatrix updateBit(BitMatrix matrix, int margin) {
int tempM = margin * 2;
int[] rec = matrix.getEnclosingRectangle(); // 获取二维码图案的属性
int resWidth = rec[2] + tempM;
int resHeight = rec[3] + tempM;
BitMatrix resMatrix = new BitMatrix(resWidth, resHeight); // 按照自定义边框生成新的BitMatrix
resMatrix.clear();
for (int i = margin; i < resWidth - margin; i++) { // 循环，将二维码图案绘制到新的bitMatrix中
for (int j = margin; j < resHeight - margin; j++) {
if (matrix.get(i - margin + rec[0], j - margin + rec[1])) {
resMatrix.set(i, j);
}
}
}
return resMatrix;
}
// 图片放大缩小
public static BufferedImage zoomInImage(BufferedImage originalImage, int width, int height) {
BufferedImage newImage = new BufferedImage(width, height, originalImage.getType());
Graphics g = newImage.getGraphics();
g.drawImage(originalImage, 0, 0, width, height, null);
g.dispose();
return newImage;
}
private static void insertImage(BufferedImage source, Image insertImg, int size) {
try {
int width = insertImg.getWidth(null);
int height = insertImg.getHeight(null);
width = width > size / 6 ? size / 6 : width; // logo设为二维码的六分之一大小
height = height > size / 6 ? size / 6 : height;
Graphics2D graph = source.createGraphics();
int x = (size - width) / 2;
int y = (size - height) / 2;
graph.drawImage(insertImg, x, y, width, height, null);
Shape shape = new RoundRectangle2D.Float(x, y, width, width, 6, 6);
graph.setStroke(new BasicStroke(3f));
graph.draw(shape);
graph.dispose();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static byte[] createQrCode(String content) {
return createQrCode(content, DEFAULT_QR_SIZE, DEFAULT_QR_FORMAT);
}
public static void main(String[] args){
try {
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("ab.png");
fos.write(createQrCode("test"));
fos.close();
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
生成短链接
基本思路：
短网址映射算法的理论：
- 将长网址加随机数用用md5算法生成32位签名串，分为4段,每段8个字符
- 对这4段循环处理，取每段的8个字符, 将他看成16进制字符串与0x3fffffff(30位1)的位与操作，超过30位的忽略处理
- 将每段得到的这30位又分成6段，每5位的数字作为字母表的索引取得特定字符，依次进行获得6位字符串；
- 这样一个md5字符串可以获得4个6位串，取里面的任意一个就可作为这个长url的短url地址。
- 最好是用一个key-value数据库存储，万一发生碰撞换一个，如果四个都发生碰撞，重新生成md5（因为有随机数，会生成不一样的md5）
public class ShortUrlUtil {
/**
* 传入32位md5值
* @param md5
* @return
*/
public static String[] shortUrl(String md5) {
// 要使用生成 URL 的字符
String[] chars = new String[] { "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", "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"
};
String[] resUrl = new String[4];
for (int i = 0; i < 4; i++) {
// 把加密字符按照 8 位一组 16 进制与 0x3FFFFFFF 进行位与运算，超过30位的忽略
String sTempSubString = md5.substring(i * 8, i * 8 + 8);
// 这里需要使用 long 型来转换，因为 Inteper .parseInt() 只能处理 31 位 , 首位为符号位 , 如果不用 long ，则会越界
long lHexLong = 0x3FFFFFFF & Long.parseLong(sTempSubString, 16);
String outChars = "";
for (int j = 0; j < 6; j++) {
// 把得到的值与 0x0000003D 进行位与运算，取得字符数组 chars 索引
long index = 0x0000003D & lHexLong;
// 把取得的字符相加
outChars += chars[(int) index];
// 每次循环按位右移 5 位
lHexLong = lHexLong >> 5;
}
// 把字符串存入对应索引的输出数组
resUrl[i] = outChars;
}
return resUrl;
}
public static void main(String [] args){
String[] test = shortUrl("fdf8d941f23680be79af83f921b107ac");
for (String string : test) {
System.out.println(string);
}
}
}
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