[Java技术 | 细谈 Java 8 中的 Base64]

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• 简要了解

• 第一种，简单Base 64

• 第二种，URL编码

• 第三种，MIME编码

• 实用API与代码示例

• API

• Base 64类

• 内嵌类Encoder

• 内嵌类Decoder

• 代码示例

• 阅读源码

• 拓展

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简要了解

Base 64是一种使64个字符来表示任意二进制数据的方法。Base 64是一种非常常用的二进制编解码方案。

有些说法是说，使用Base 64作为加密解密的功能，比如一个Web系统中，密码字段存入数据库的时候使用Base64.encode一下，其实Base 64的编码、解码方法都是简单公开的，用以加密、解密实在谈不上啥保障性。

在Java 8中，整合了Base 64。Java 8 为开发者提供了 java.util.Base64 的工具类，Java 8现在有内置编码器和解码器的Base 64编码。在Java 8中有三种类型的Base 64编码。

第一种，简单Base 64

Basic 编码是标准的Base 64编码，用于处理常规的需求：输出的内容不添加换行符，而且输出的内容由64个基本字符组成。

输出映射设置字符在A-ZA-Z0-9+/。编码器不添加任何换行输出和解码器拒绝在A-Za-z0-9+/以外的任何字符。

第二种，URL编码

输出映射设置字符在A-Za-z0-9-_。输出URL和文件名安全。由于标准的Basic编码可能会出现+ 和/ ,在URL中就不能直接作为参数，所以又有一种“url safe” 的Base 64编码，其实就是吧字符+ 和/分别变成-和_。

在这里插入图片描述

第三种，MIME编码

输出映射到MIME友好的格式。输出表示在每次不超过76个字符行和使用'\r'后跟一个换行符'\n'回车作为行分隔符。无行隔板的存在是为了使编码的结束输出。MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions）多用途互联网邮件扩展类型。是设定某种扩展名的文件用对应的应用程序来打开的方式类型。

它是一种互联网标准，扩展了电子邮件标准，使其可以支持：非ASCII字符文本；非文本格式附件（二进制、声音、图像等）；由多部分组成的消息体；包含非ASCII字符的头信息等。

举个栗子：右键中有一个Word附件（二进制文件），点击预览，浏览器会直接打开Office。可以理解为MIME设定了这种对应关系。

MIME编码器会使用基本的字母数字产生Base 64输出，而且对MIME格式友好：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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实用API与代码示例

API

Base 64类

序号	方法	描述
1	Base64.getEncoder()	返回一个 Base64.Encoder ，编码使用基本型 base64 编码方案
2	Base64.getDecoder()	返回一个 Base64.Decoder ，解码使用基本型 base64 编码方案
3	Base64. getUrlEncoder()	返回一个 Base64.Encoder ，编码使用 URL 和文件名安全型 base64 编码方案
4	Base64.getUrlDecoder()	返回一个 Base64.Decoder ，解码使用 URL 和文件名安全型 base64 编码方案。
5	Base64.getMimeEncoder()	返回一个 Base64.Encoder ，编码使用 MIME 型 base64 编码方案。
6	Base64.getMimeEncoder(int lineLength, byte[] lineSeparator)	返回一个 Base64.Encoder ，编码使用 MIME 型 base64 编码方案，可以通过参数指定每行的长度及行的分隔符。
7	Base64.getMimeDecoder()	返回一个 Base64.Decoder ，解码使用 MIME 型 base64 编码方案。

内嵌类Encoder

序号	方法名	描述
1	byte[] encode(byte[] src)	编码，返回一个byte数组
2	int encode(byte[] src, byte[] dst)	编码，写进新的byte数组
3	String encodeToString(byte[] src)	编码，返回一个字符串
4	ByteBuffer encode(ByteBuffer buffer)	编码
5	OutputStream wrap(OutputStream os)	编码
6	Encoder withoutPadding()	编码

内嵌类Decoder

序号	方法名	描述
1	byte[] decode(byte[] src)	解码，返回一个byte数组，入参为byte数组
2	byte[] decode(String src)	解码，返回一个byte数组，入参为字符串
3	int decode(byte[] src, byte[] dst)	解码
4	ByteBuffer decode(ByteBuffer buffer)	解码
5	InputStream wrap(InputStream is)	解码

代码示例

package com.kjgym.common.java8;

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;

/**
 * @author kjgym
 * @description Demo for Java8's Base64
 * @date 2019/9/17 11:25
 */
public class Java8Base642 {

    public static void main(String[] args) {
        final String demoStr = "kjgym";
        final byte[] strByte = demoStr.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);

        // 基本型编码方案
        String s = Base64.getEncoder().encodeToString(strByte);
        System.out.println("基本编码： " + s);
        String ss = new String(Base64.getDecoder().decode(s));
        System.out.println("解码： " + ss);

        // 使用 URL 和文件名安全型 base64 编码方案。
        String s1 = Base64.getEncoder().encodeToString(strByte);
        System.out.println("URL编码： " + s1);
        String ss1 = new String(Base64.getUrlDecoder().decode(s));
        System.out.println("解码： " + ss1);

        // 使用 MIME 型 base64 编码方案
        String s2 = Base64.getMimeEncoder().encodeToString(strByte);
        System.out.println("MIME编码: " + s2);
        String ss2 = new String(Base64.getMimeDecoder().decode(s));
        System.out.println("解码： " + ss2);

    }
}

结果：

基本编码： a2pneW0=
解码： kjgym
URL编码： a2pneW0=
解码： kjgym
MIME编码: a2pneW0=
解码： kjgym

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阅读源码

1. 先来总体看一下Base 类，该类主要包含两个内嵌类Encoder和Decoder以及七个构造内嵌类的方法：

在这里插入图片描述

1. 再看两个内嵌类。比如Encoder（部分源代码）：

   public static class Encoder {
   
           private final byte[] newline;
           private final int linemax;
           private final boolean isURL;
           private final boolean doPadding;
   
           private Encoder(boolean isURL, byte[] newline, int linemax, boolean doPadding {
               this.isURL = isURL;
               this.newline = newline;
               this.linemax = linemax;
               this.doPadding = doPadding;
           }
   
           static final Encoder RFC4648 = new Encoder(false, null, -1, true);
           static final Encoder RFC4648_URLSAFE = new Encoder(true, null, -1, true);
           static final Encoder RFC2045 = new Encoder(false, CRLF, MIMELINEMAX, true);
   
           public byte[] encode(byte[] src) {}
   
           public int encode(byte[] src, byte[] dst) {}
   
           @SuppressWarnings("deprecation")
           public String encodeToString(byte[] src) {}
   
           public ByteBuffer encode(ByteBuffer buffer) {}
   
           public OutputStream wrap(OutputStream os) {}
   
           public Encoder withoutPadding() {}
   
           private int encode0(byte[] src, int off, int end, byte[] dst) {}
       }
   

   构造器私有化，对外提供单个静态对象，然后在Base 64类中，使用getEncoder的方式爱调用，使用了单例模式。

   static final Encoder RFC4648 = new Encoder(false, null, -1, true);
   static final Encoder RFC4648_URLSAFE = new Encoder(true, null, -1, true);
   static final Encoder RFC2045 = new Encoder(false, CRLF, MIMELINEMAX, true);
   

2. Decoder与上文Encoder相似，这里不再赘述。有兴趣自己Ctrl + 单击去看源码。

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拓展

1. StandardCharsets类。在java.nio.charset包下的一个类，在字符串和byte数组相互转换需要制定编码的时候使用。该类有六种编码格式：

   /*
    * Copyright (c) 2011, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
    * ORACLE PROPRIETARY/CONFIDENTIAL. Use is subject to license terms.
    */
   package java.nio.charset;
   
   /**
    * Constant definitions for the standard {@link Charset Charsets}. These
    * charsets are guaranteed to be available on every implementation of the Java
    * platform.
    *
    * @see Standard Charsets
    * @since 1.7
    */
   public final class StandardCharsets {
   
       private StandardCharsets() {
           throw new AssertionError("No java.nio.charset.StandardCharsets instances for you!");
       }
       /**
        * Seven-bit ASCII, a.k.a. ISO646-US, a.k.a. the Basic Latin block of the
        * Unicode character set
        */
       public static final Charset US_ASCII = Charset.forName("US-ASCII");
       /**
        * ISO Latin Alphabet No. 1, a.k.a. ISO-LATIN-1
        */
       public static final Charset ISO_8859_1 = Charset.forName("ISO-8859-1");
       /**
        * Eight-bit UCS Transformation Format
        */
       public static final Charset UTF_8 = Charset.forName("UTF-8");
       /**
        * Sixteen-bit UCS Transformation Format, big-endian byte order
        */
       public static final Charset UTF_16BE = Charset.forName("UTF-16BE");
       /**
        * Sixteen-bit UCS Transformation Format, little-endian byte order
        */
       public static final Charset UTF_16LE = Charset.forName("UTF-16LE");
       /**
        * Sixteen-bit UCS Transformation Format, byte order identified by an
        * optional byte-order mark
        */
       public static final Charset UTF_16 = Charset.forName("UTF-16");
   }