java中Base64编码原理实例讲解

什么是 Base64 编码

Base64 编码是最常见的编码方式，基于 64 个可打印字符来表示任意二进制数据的方法，是从二进制转换到可见字符的过程。

使用场景

数据加密或签名通过 Base64 转换为字符串存储或传输。
不能传输文件的网络环境可以转换 Base64 进行网络传输。
在文本资源(如 HTML 和 CSS文件)中嵌入图片文件或其他二进制资源。
在 URL、网页中传输少量二进制数据等等。

Base64 编码原理

原理是把每 3 个字节（每个字节为 8 位, 3 个字节为 24 位）重新划为 4 组（每组为 6位，高位补两个 0 为 8 位后作为一个新字节，划分后的每个字节数值的范围是 00000000 - 00111111 即十进制的 0 - 63），然后将划分后的字节的数值作为索引查编码表，获得相应的字符，从而得到编码后的字符串。通过 64 个字符来对任意数据进行编码，因此称为 Base64。

Base64 标准编码表：

以字符串 “NEW” 为例，对其 Base64 编码：

如果要编码的字节数不能被 3 整除，最后会多出 1 个或 2 有效的字节。将这样处理，将其用 0 补充至 6 的最小倍数位后，剩余的空位将使用 “=” 填充处理。例如：

经过 Base64 编码后数据会增大，数据经过 Base64 处理后，由原来每 3 个字节，变为为 4 个字节，数据大小会变为原来的 4/3, 因此数据增大 1/3。

对于字符内容，相同字符串不同的字符编码(如 utf-8 与 gbk)的 Base64 编码结果会不一样。Base64 是一种通过查表的编码方法，不能用于加密，即使是自定义编码表也不行。

JDK 内置的 Base64 API

在 JDK 7 之前可以使用 sun.misc.BASE64Encoder 和 sun.misc.BASE64Decoder 来 Base64 编码解码，但 com.sun 开头的包不是公开的，属于 sun 的内部方法，不建议使用。所以可以使用 Apache 提供的工具包（commons-codec-1.11.jar）来进行 Base64 编码解码。

从 JDK 7 开始 Oracle 发表了声明，不希望 Java 程序调用 JDK 系统包中以 sun 开头的类（www.oracle.com/technetwork/java/faq-sun-packages-142232.html）。

从 JKD 8 开始，Oracle 已经把 Base64 进行优化并放到 JDK 的 java.util 包，所以推荐直接使用 java.util.Base64 进行 Base64 编码和解码。

// Base64 编码
String encoder = Base64.getEncoder().encodeToString("但愿人长久 千里共婵娟".getBytes());
System.err.println(encoder);		

// Base64 解码
String decoder = new String(Base64.getDecoder().decode(encoder));
System.err.println(decoder);

// 结果
// 5L2G5oS/5Lq66ZW/5LmFIOWNg+mHjOWFseWpteWOnw==
// 但愿人长久 千里共婵娟

标准的 Base64 编码中可能出现字符 + 和 / 字符，不能直接用在 URL 中，需要对其进行处理，把字符 + 和 / 分别变成 - 和 _ ，JDK 也提供了对应的方法。

// URL安全的 Base64 编码
String safeEncoder = Base64.getUrlEncoder().encodeToString("但愿人长久 千里共婵娟".getBytes());
System.err.println(safeEncoder);	

// URL安全的 Base64 解码
String safeDecoder = new String(Base64.getUrlDecoder().decode(safeEncoder));
System.err.println(safeDecoder);

// 结果
// 5L2G5oS_5Lq66ZW_5LmFIOWNg-mHjOWFseWpteWOnw==
// 但愿人长久 千里共婵娟

小结

Base64 是基于 64 个可打印字符来表示任意二进制数据的方法。

Base64 通常用于数据加密或签名后转换为可见字符串，文本资源(如 HTML 和 CSS 中)中嵌入图片文件等等。

原理是把二进制数据每 3 个字节重新划为 4 组(每三个 8 位字节,即总共24位,可以由四个 6 位 Base64 数值表示)，然后作为索引查编码表，获得相应的字符，从而得到编码后的字符串。

经过 Base64 编码后数据会增大，因为每 3 个字节，重新划分为 4 个字节，数据大小会变为原来的 4/3, 因此数据增大 1/3。

Base64 是一种通过索引查表的编码方法，不能用于加密。

参考：
https://en.wikipedia.org/wiki/Base64
https://www.ietf.org/rfc/rfc4648.txt
https://www.liaoxuefeng.com/wiki/897692888725344/949441536192576

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