一、起初
java提供两种方式来对字符串进行编码和解码,一个是String类,一个是Charset类,用法如下:
使用String类时:
编码:字符串变成字节数组;String -->byte[]; (String类的方法):str.getBytes(charsetName);;将该字符串按照指定编码表编码。
解码:字节数组变成字符串;byte[] -->String; (String类的构造方法):new String(byte[],charsetName);通过使用指定的charset解码指定的 byte 数组。
使用Charset类时:
首先通过forName()来设置编码和解码字符集,类中提供 encode 与 decode 分别对应 char[] 到 byte[] 的编码和 byte[] 到 char[] 的解码,用法如下:
Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
ByteBuffer byteBuffer = charset.encode(string);
CharBuffer charBuffer = charset.decode(byteBuffer);
编码与解码都在一个类中完成,通过 forName()方法设置编解码字符集,这样更容易统一编码格式。
Java 中还有一个 ByteBuffer 类,它提供一种 char 和 byte 之间的软转换,它们之间转换不需要编码与解码,只是把一个 16bit 的 char 格式,拆分成为 2 个 8bit 的 byte 表示,它们的实际值并没有被修改,仅仅是数据的类型做了转换。如下代码所以:
ByteBuffer heapByteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer byteBuffer = heapByteBuffer.putChar(c);
一般涉及到编码和解码的地方是在字符和字节相互转换的时候,处理不好就会出现乱码,,首先是如何检测乱码的问题:
/**
* 判断字符是否是中文
*
* @param c字符
* @return 是否是中文
*/
public static boolean isChinese(char c) {
Character.UnicodeBlock ub = Character.UnicodeBlock.of(c);
if (ub == Character.UnicodeBlock.CJK_UNIFIED_IDEOGRAPHS
|| ub == Character.UnicodeBlock.CJK_COMPATIBILITY_IDEOGRAPHS
|| ub == Character.UnicodeBlock.CJK_UNIFIED_IDEOGRAPHS_EXTENSION_A
|| ub == Character.UnicodeBlock.GENERAL_PUNCTUATION
|| ub == Character.UnicodeBlock.CJK_SYMBOLS_AND_PUNCTUATION
|| ub == Character.UnicodeBlock.HALFWIDTH_AND_FULLWIDTH_FORMS) {
return true;
}
return false;
}
/**
* 判断字符串是否是乱码
*
* @param strName
* @return 是否是乱码
*/
public static boolean isMessyCode(String strName) {
Pattern p = Pattern.compile("\\s*|t*|r*|n*");
Matcher m = p.matcher(strName);
String after = m.replaceAll("");
String temp = after.replaceAll("\\p{P}", "");
char[] ch = temp.trim().toCharArray();
float chLength = ch.length;
float count = 0;
for (int i = 0; i < ch.length; i++) {
char c = ch[i];
if (!Character.isLetterOrDigit(c)) {
if (!isChinese(c)) {
count = count + 1;
}
}
}
if (count > 0) {
return true;
} else {
return false;
}
}
说明:
Character.UnicodeBlock.CJK_UNIFIED_IDEOGRAPHS : 4E00-9FBF:CJK 统一表意符号
Character.UnicodeBlock.CJK_COMPATIBILITY_IDEOGRAPHS :F900-FAFF:CJK 兼容象形文字
Character.UnicodeBlock.CJK_UNIFIED_IDEOGRAPHS_EXTENSION_A :3400-4DBF:CJK 统一表意符号扩展 A
CJK的意思是“Chinese,Japanese,Korea”的简写 ,实际上就是指中日韩三国的象形文字的Unicode编码
Character.UnicodeBlock.GENERAL_PUNCTUATION :2000-206F:常用标点
Character.UnicodeBlock.CJK_SYMBOLS_AND_PUNCTUATION :3000-303F:CJK 符号和标点
Character.UnicodeBlock.HALFWIDTH_AND_FULLWIDTH_FORMS :FF00-FFEF:半角及全角形式
关于unicode编码的知识后方会详细解释。
有时候我们想把乱码的字节打印出来,以便查看是哪个几个bit位出现了乱码,这在java中还是比较方便的:
public static void main(String[] args) {
String str = "中严";
printBytes("unicode :", str.getBytes(Charset.forName("unicode")));
printBytes("gbk :", str.getBytes(Charset.forName("gbk")));
printBytes("utf-8 :", str.getBytes(Charset.forName("utf-8")));
printBytes("default :", str.getBytes());
printBytes("latin-1 :", str.getBytes(Charset.forName("ISO-8859-1")));
}
public static void printBytes(String title, byte[] data) {
System.out.println(title + toHexString(data));
System.out.println(toBinString(data));
}
public static String toHexString(byte[] values) {
StringBuilder sBuilder = new StringBuilder();
for (byte value : values) {
String tmp = Integer.toHexString(value & 0xFF);
if (tmp.length() == 1) {
tmp = "0" + tmp;
}
sBuilder.append(tmp.toUpperCase()).append(" ");
}
return sBuilder.toString();
}
private static final String zero = "00000000";
public static String toBinString(byte[] values) {
StringBuilder sBuilder = new StringBuilder();
for (byte value : values) {
String tmp = Integer.toBinaryString(value & 0xFF);
if (tmp.length() < 8) {
tmp = zero.substring(tmp.length()) + tmp;
}
sBuilder.append(tmp).append(" ");
}
return sBuilder.toString();
}
输出(java文件编码为utf-8):
unicode :FE FF 4E 2D 4E 25
11111110 11111111 01001110 00101101 01001110 00100101
gbk :D6 D0 D1 CF
11010110 11010000 11010001 11001111
utf-8 :E4 B8 AD E4 B8 A5
11100100 10111000 10101101 11100100 10111000 10100101
default :E4 B8 AD E4 B8 A5
11100100 10111000 10101101 11100100 10111000 10100101
latin-1 :3F 3F
00111111 00111111
需要注意的是,从字符串对象中取出的Unicode编码的字节流数据时,其开始部分存在一个BOM(ByteOrderMark),一般情况下,该BOM值为“0xFE 0xFF”,即大端字节序(BIG_ENDIAN)。如果BOM值为“0xFF 0xFE”则为小端字节序(LITTLE_ENDIAN)。这里主要是Integer类的toHexString、toBinaryString方法,这两个方法会把参数当成32位的整型,所以要用byte&0xFF,把高24位1给去掉。
在Java程序运行过程中,字符串对象始终以Unicode编码方式保存在内存中,但将字符串对象保存到持久化资源(文件或数据库)或将其通过网络传输时,通常是以字节的方式进行处理。
利用String类的getBytes()方法返回不同字符集的字节流数据
,其本质是从Unicode字符集编码向其它字符集编码转换的过程。
String str = "中";//存在编码转换
byte[] bytes1 = str.getBytes(); // D6 D0(java文件是gbk编码)/E4 B8 AD(java文件是utf-8编码)
byte[] bytes2 = str.getBytes("ISO-8859-1"); // 3F
System.out.println(new String(bytes1)); // 正常显示中
System.out.println(new String(bytes2)); // 输出"?"
把一个字符串“中”赋给 String 类的一个对象 str,这个字符串“中”是按照操作系统默认编码方式(也就是java文件的编码方式)进行编码,在中文 windows 系统中通常是“GBK”,“中”在GBK编码中是0xD6D0,在将该字符赋给str时,Java会对该字符串进行编码转换,即将GBK编码方式的“中”转换成Unicode编码方式的“中”,Unicode编码方式“中”的编码是0x4E2D,所以str在程序运行期间在内存中的二进制表示成16进制就是0x4E2D。
获得str字符串的二进制形式。getBytes(String encoding)方法需要指定编码方式,表示获得该字符串在何种编码方式中的二进制形式。此语句中没有设置参数,表示采用操作系统默认的编码方式(也就是所在java文件的编码方式),所以是GBK编码的二进制形式,即bytes[0]=0xD6, bytes[1]=0xD0(中的GBK编码为0xD6D0)。由于GBK编码也支持中文,所以输出时不会显示为乱码。
在指定了编码方式为ISO-8859-1,即通常所说的Latin-1时,该编码采用8bit对字符编码,所以编码空间中只有256个字符。该编码中只包含了基本的ASCII码和一些扩展的其它西欧字符,所以该字符集中不可能包含中文的“中”字,也就是说Java虚拟机无法在ISO-8859-1编码集中找到“中”字对应的编码(也即将中转换为unicode编码后找不到对应latin-1字符),针对这种情况,就只返回一个问号(?,0x3f)字符,所以此时bytes.length只有1,且bytes[0]=0x3f。
也可以利用String类的构造方法根据不同字符集的字节流数据产生一个字符串对象,
其本质是从其它字符集编码向Unicode字符集编码转换的过程(与String.getBytes相对)。常见形式如下:
new String(byte[] bytes, String encoding)
例子(验证此示例时,java文件的编码方式必须为GBK):
byte[] bytes = {(byte)0xD6, (byte)0xD0, (byte)0x31};
String str1 = new String(bytes);
String str2= new String(bytes,"ISO-8859-1");
System.out.println(str1); // 中1
System.out.println(str2); // ??1
该方法按照encoding编码方法对字节数组bytes中的二进制数组进行解析,生成一个新的字符串对象。
将该字节数组中的二进制数据按照默认的编码方式(GBK)编码成字符串,我们知道GBK中0xD6 0xD0表示“中”,0x31表示字符“1”(GBK兼容ASCII,但不兼容ISO-8859-1除ASCII之外的部分),所以str1得到的值是“中1”
该句用ISO-8859-1编码方式对该字节数据进行编码,由于在ISO-8859-1编码方式中一个字节会被解析成一个字符,所以该字节数组会被解释成包含三个字符的字符串,但由于在ISO-8859-1编码方式中没有对应0xD6和0xD0的字符,所以前两个字符会产生两个问号,由于0x31在ISO-8859-1编码中对应字符“1”(ISO-8859-1也兼容ASCII),所以此语句得到str的值是“??1”。
二、unicode与utf-8关系
1. ASCII码
ASCII码一共规定了128个字符的编码,比如空格"SPACE"是32(二进制00100000),大写的字母A是65(二进制01000001)。这128个符号(包括32个不能打印出来的控制符号),只占用了一个字节的后面7位,最前面的1位统一规定为0。
2、非ASCII编码
英语用128个符号编码就够了,但是用来表示其他语言,128个符号是不够的。比如,在法语中,字母上方有注音符号,它就无法用ASCII码表示。于是,一些欧洲国家就决定,利用字节中闲置的最高位编入新的符号。比如,法语中的é的编码为130(二进制10000010)。这样一来,这些欧洲国家使用的编码体系,可以表示最多256个符号。
但是,这里又出现了新的问题。不同的国家有不同的字母,因此,哪怕它们都使用256个符号的编码方式,代表的字母却不一样。比如,130在法语编码中代表了é,在希伯来语编码中却代表了字母Gimel (ג),在俄语编码中又会代表另一个符号。但是不管怎样,所有这些编码方式中,0--127表示的符号是一样的,不一样的只是128--255的这一段。
至于亚洲国家的文字,使用的符号就更多了,汉字就多达10万左右。一个字节只能表示256种符号,肯定是不够的,就必须使用多个字节表达一个符号。比如,简体中文常见的编码方式是GB2312,使用两个字节表示一个汉字,所以理论上最多可以表示256x256=65536个符号。
中文编码的问题需要专文讨论,这篇笔记不涉及。这里只指出,虽然都是用多个字节表示一个符号,但是GB类的汉字编码与后文的Unicode和UTF-8是毫无关系的。
3.Unicode
可以想象,如果有一种编码,将世界上所有的符号都纳入其中。每一个符号都给予一个独一无二的编码,那么乱码问题就会消失。这就是Unicode,就像它的名字都表示的,这是一种所有符号的编码。
Unicode当然是一个很大的集合,现在的规模可以容纳100多万个符号。每个符号的编码都不一样,比如,U+0639表示阿拉伯字母Ain,U+0041表示英语的大写字母A,U+4E25表示汉字"严"。具体的符号对应表,可以查询unicode.org,或者专门的汉字对应表。
4. Unicode的问题
需要注意的是,Unicode只是一个符号集,它只规定了符号的二进制代码,却没有规定这个二进制代码应该如何存储。
比如,汉字"严"的unicode是十六进制数4E25,转换成二进制数足足有15位(100111000100101),也就是说这个符号的表示至少需要2个字节。表示其他更大的符号,可能需要3个字节或者4个字节,甚至更多。
这里就有两个严重的问题,第一个问题是,如何才能区别Unicode和ASCII?计算机怎么知道三个字节表示一个符号,而不是分别表示三个符号呢?第二个问题是,我们已经知道,英文字母只用一个字节表示就够了,如果Unicode统一规定,每个符号用三个或四个字节表示,那么每个英文字母前都必然有二到三个字节是0,这对于存储来说是极大的浪费,文本文件的大小会因此大出二三倍,这是无法接受的。
它们造成的结果是:1)出现了Unicode的多种存储方式,也就是说有许多种不同的二进制格式,可以用来表示Unicode。2)Unicode在很长一段时间内无法推广,直到互联网的出现。
5.UTF-8
互联网的普及,强烈要求出现一种统一的编码方式。UTF-8就是在互联网上使用最广的一种Unicode的实现方式。其他实现方式还包括UTF-16(字符用两个字节或四个字节表示)和UTF-32(字符用四个字节表示),不过在互联网上基本不用。重复一遍,这里的关系是,UTF-8是Unicode的实现方式之一。
UTF-8最大的一个特点,就是它是一种变长的编码方式。它可以使用1~4个字节表示一个符号,根据不同的符号而变化字节长度。
UTF-8的编码规则很简单,只有二条:
1)对于单字节的符号,字节的第一位设为0,后面7位为这个符号的unicode码。因此对于英语字母,UTF-8编码和ASCII码是相同的。
2)对于n字节的符号(n>1),第一个字节的前n位都设为1,第n+1位设为0,后面字节的前两位一律设为10。剩下的没有提及的二进制位,全部为这个符号的unicode码。
下表总结了编码规则,字母x表示可用编码的位。
Unicode符号范围 | UTF-8编码方式
(十六进制) | (二进制)
--------------------+---------------------------------------------
0000 0000-0000 007F | 0xxxxxxx
0000 0080-0000 07FF | 110xxxxx 10xxxxxx
0000 0800-0000 FFFF | 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
0001 0000-0010 FFFF | 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
跟据上表,解读UTF-8编码非常简单。如果一个字节的第一位是0,则这个字节单独就是一个字符;如果第一位是1,则连续有多少个1,就表示当前字符占用多少个字节。
下面,还是以汉字"严"为例,演示如何实现UTF-8编码。
已知"严"的unicode是4E25(100111000100101),根据上表,可以发现4E25处在第三行的范围内(0000 0800-0000 FFFF),因此"严"的UTF-8编码需要三个字节,即格式是"1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx"。然后,从"严"的最后一个二进制位开始,依次从后向前填入格式中的x,多出的位补0。这样就得到了,"严"的UTF-8编码是"11100100 10111000 10100101",转换成十六进制就是E4B8A5。
6. Unicode与UTF-8之间的转换
通过上一节的例子,可以看到"严"的Unicode码是4E25,UTF-8编码是E4B8A5,两者是不一样的。它们之间的转换可以通过程序实现。
在Windows平台下,有一个最简单的转化方法,就是使用内置的记事本小程序Notepad.exe。打开文件后,点击"文件"菜单中的"另存为"命令,会跳出一个对话框,在最底部有一个"编码"的下拉条。
里面有四个选项:ANSI,Unicode,Unicode big endian 和 UTF-8。
1)ANSI是默认的编码方式。对于英文文件是ASCII编码,对于简体中文文件是GB2312编码(只针对Windows简体中文版,如果是繁体中文版会采用Big5码)。
2)Unicode编码指的是UCS-2编码方式,即直接用两个字节存入字符的Unicode码。这个选项用的little endian格式。
3)Unicode big endian编码与上一个选项相对应。我在下一节会解释little endian和big endian的涵义。
4)UTF-8编码,也就是上一节谈到的编码方法。
选择完"编码方式"后,点击"保存"按钮,文件的编码方式就立刻转换好了。
7. Little endian和Big endian
上一节已经提到,Unicode码可以采用UCS-2格式直接存储。以汉字"严"为例,Unicode码是4E25,需要用两个字节存储,一个字节是4E,另一个字节是25。存储的时候,4E在前,25在后,就是Big endian方式;25在前,4E在后,就是Little endian方式。也即高位在前为大头,低位在前为小头。
因此,第一个字节在前,就是"大头方式"(Big endian),第二个字节在前就是"小头方式"(Little endian)。
那么很自然的,就会出现一个问题:计算机怎么知道某一个文件到底采用哪一种方式编码?
Unicode规范中定义,每一个文件的最前面分别加入一个表示编码顺序的字符,这个字符的名字叫做"零宽度非换行空格"(ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE),用FEFF表示。这正好是两个字节,而且FF比FE大1。
如果一个文本文件的头两个字节是FE FF,就表示该文件采用大头方式;如果头两个字节是FF FE,就表示该文件采用小头方式。
8. 实例
下面,举一个实例。
打开"记事本"程序Notepad.exe,新建一个文本文件,内容就是一个"严"字,依次采用ANSI,Unicode,Unicode big endian 和 UTF-8编码方式保存。
然后,用文本编辑软件UltraEdit中的"十六进制功能",观察该文件的内部编码方式。
1)ANSI:文件的编码就是两个字节"D1 CF",这正是"严"的GB2312编码,这也暗示GB2312是采用大头方式存储的。
2)Unicode:编码是四个字节"FF FE 25 4E",其中"FF FE"表明是小头方式存储,真正的编码是4E25。
3)Unicode big endian:编码是四个字节"FE FF 4E 25",其中"FE FF"表明是大头方式存储。
4)UTF-8:编码是六个字节"EF BB BF E4 B8 A5",前三个字节"EF BB BF"表示这是UTF-8编码,后三个"E4B8A5"就是"严"的具体编码,它的存储顺序与编码顺序是一致的。
三、java工程中常用编码
如果编写一个java文件,用来读取网络资源、本地文件a以及java文件中的字符串。然后输出读取的字符串到文件b.txt中。则这个过程涉及到如下几个有编码的地方:
java文件编码格式;java文件编写保存;编译成Class文件;load class文件到JVM;内存(java文件中的字符串;运行时从网络中读取到内存中的字符串;运行时从本地文件中读取到内存中的字符串;运行时将内存中的字符串写入到文件中)
1 java文件编码格式
Java文件在编写之前需要指定文件的编码格式,默认编码和当前操作系统平台编码保持一致。比如,当前操作系统平台为windows中文版,那么编码一般为GBK。当然可以对保存文件的编码进行修改。例如修改成UTF-8。那么此时文件保存的编码就为UTF-8。
2 java文件编写保存
java文件编写完成之后,那么则以第一步的编码进行保存。另外,当前java文件中的所有字符串则以第一步中的编码得以保存。比如说当前java文件中有 String str=”abc中国”;第一步的编码设置为UTF-8,那么则以UTF-8进行保存。如果是GBK,那么则以GBK进行保存。
3 编译成Class
编译后的class文件的编码固定为UTF-8;和java文件编码格式无关。说明,编译器在编译的过程中将文件格式做了处理。编译器的这种处理操作不会带来乱码问题,因为我们必须要相信编译器的编解码处理过程。
4 Load class 文件到jvm
jvm中的所有字符串编码都为unicode。所以的话,从class文件再到jvm。编码又做了一次处理。同样也必须相信这种处理不会为乱码留下伏笔;
5 内存
内存中运行的是jvm中的数据,jvm中的数据编码为unicode。那么内存中同样也以unicode方式进行存储。但是有一个问题,内存运行的过程中,可能会设计到读取文件内容、网络内容以及输出这些内容的操作。在内存中读取的网络内容、文件内容会以不同的编码出现。这种编码和java文件中处理的方式有关。这儿是乱码问题出现原因的一部分。内存中还有输出字符串内容到文件的操作。这儿也会存在问题。
过程分析:
1、java文件中的字符串
String str = "中国";
byte[] bytes = str.getBytes("gbk");
printBytes("gbk :", str.getBytes(Charset.forName("gbk")));
System.out.println(Charset.defaultCharset());
String newstr = new String(bytes, "utf-8");
System.out.println(newstr.length());
System.out.println(newstr);
输出:
gbk :D6 D0 B9 FA
11010110 11010000 10111001 11111010
UTF-8
3
�й�
流程为: 中国 以gbk编码保存——》以utf-8 编码的class文件存在——》以unicode编码load于jvm中——》同样以unicode的形式存在于内存中——》再以gbk编码转成字节——》最后以utf-8编码转成字符串;
经验证,jvm把中间两个字节看成一个字符的编码了,因为110后面跟10是合法的,110后跟110是非法的。
abc.getBytes() 方法将字符串转换成字节处理方式是以当前平台的编码进行处理,而在选择java文件右键Properties——》Text file encoding 中进行设置的编码就是此时java文件平台的编码。str.getBytes() 的本质是 abc.getBytes( Charset.defaultCharset()) ;
2、运行时从网络中读取到内存中的字符串
URL url = new URL("http://localhost:12777/a/b.do");
URLConnection urlconnection = url.openConnection();
InputStream ins = urlconnection.getInputStream();
byte[] bytes = new byte[ins.available()];
/*
* 返回的len是保存到bytes数组中实际的长度,比如说bytes数组定义长度为1024,
* 但是只读取了100个字节长度,那么则返回的len为100,len最大值为bytes数组初始长度
*/
int len = ins.read(bytes);
ins.close();
从网络中读取资源文件的时候,无论当前java文件编码为何值,我们最后得到的一个个字节只与读取的资源文件保存的编码有关。对于读取网络资源乱码问题,如果能够知道资源的编码格式,那么,只需要在转成字符串的过程中使用这种编码就行。所以,关键问题落在了判断资源文件编码方式是那种。
3、运行时从本地文件中读取到内存中的字符串
和网络中读取的结果完全一样,参考其上!
4、运行时将内存中的字符串写入到文件中
首先确保,读取到内存中的字符串正确,然后写入的话,一定要确保知道写入文件的保存编码,而不是按照默认的jvm运行编码进行保存。
字符集常识:
GBK 和 unicode的关系是存在一个键值对表保存gbk 十六进制和unicode十六进制的关系。然后通过unicode编码和中文对照关系,则可以通过一个gbk编码得到对应的中文汉字。通过gbk——获得unicode编码值——通过unicode编码值获得中文汉字
小结: gbk 与unicode之间的转换是通过gbk unicode映射表。
Utf-8 与unicode之间的转换是通过转换规则公式
所以说,unicode是核心中介。Gbk要转换成utf-8的话,先转成unicode。然后unicode再转换成utf-8;反之亦然。
判断资源文件编码方式是那种。
有些文件是由BOM(byte order mark 字节序标记)的,那么我们只需要判断文件的BOM 就行。 比如说UTF-8 的BOM 是前三个字节为:-17、-69、-65。GBK 则前两个字节为 -1 -2。所以一个文件含有ROM 的话,我们只需要判断字节序列标示就行。但是往往某些资源文件是没有字节序列标示符的。所以,就得考虑其他的方式解决了:
1、当读取的字节在0-127范围的话,说明是ascii字符。直接通过 char c=(char) ?转换就行 ;
2、如果字节 大于127 ,那么则判断字节是不是在128到224范围内,如果是的话,说明是GBK编码。因为utf-8的第一个字节范围是224到255范围内的。
3、如果不在128到224范围内,接着判断第二个字节,如果第二个字节在64到128范围内的话,那么则为GBK 编码。因为UTF-8 的第二三个字节范围是128--255.获取这两个字节,转成十六进制,再通过gbk unicode映射表就可以得到unicode值,再通过unicode值就可以得到中文汉字。
4、如果第二个字节依旧不在64到128范围内。那么则判断第三个字节。如果第三个字节在0--127范围的话,说明前两个字节为gbk编码。因为gbk编码是两个字节。
5、如果第三个字节大于127的话,说明这三个字节为utf-8编码。然后通过utf-8 与unicode的转码规则公式换算成unicode,然后通过unicode得到中文汉字。
参考:
unicode百科
GBK与unicode对照
查看字符集编码
Java 7之基础 - 编码与解码