目录
- 一、Base64是怎么诞生的
- 二、Base64定义
- 三、Base64原理
- 1.ASCII码转Base64（字节数 % 3 == 0）
- 2.ASCII码转Base64（字节数 % 3 == 2）
- 3.ASCII码转Base64（字节数 % 3 == 1）
- 4.UTF-8转Base64
- 四、Java实现Base64编解码
- 1.方法一：DatatypeConverter（JDK6）
- 2.方法二：Base64（JDK8）
- 3.方法三：commons工具包
- 五、总结
- 六、补充：JS实现Base64编解码
一、Base64是怎么诞生的
- 互联网发展早期，电子邮件是最有效的应用。
- 电子邮件的
SMTP传输协议在早期，只能用于传送 7 位的ASCII码，而ASCII码就是基于英语设计的，对于非英语国家的文字等资源就无法发送。 - 为了解决这个问题，后来有了通用互联网邮件扩充协议
MIME，这是一种用于在互联网上传输数据的标准，增加了邮件主题结构，定义了邮件、文本、音频、图像和多媒体文件等非ASCII码的编码传输规则。 Base64是MIME的一种编码方式。MIME规范中定义了Base64编码作为一种可靠的方式，用于在文本协议中表示二进制数据。通过使用Base64编码，可以将二进制数据转换为可打印字符，从而保证数据在传输过程中不受损失，并且能够被各种文本协议（如SMTP、HTTP）正确处理。- 在
MIME中，当需要在文本协议中传输二进制数据（如邮件附件或图片数据）时，通常会将数据先进行Base64编码，然后将编码后的数据作为文本内容进行传输。
二、Base64定义
Base64 是一种用64个字符（a-z, A-Z, 0-9, +, /）来表示任意二进制数据的方法。
Base64 是一种索引编码，由于 2^6=64，所以每 6 个比特为一个单元，对应某个可打印字符,每个字符都对应一个索引。
索引和打印字符的对应关系如下：
| 索引 | 对应字符 | 索引 | 对应字符 | 索引 | 对应字符 | 索引 | 对应字符 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | A | 16 | Q | 32 | g | 48 | w |
| 1 | B | 17 | R | 33 | h | 49 | x |
| 2 | C | 18 | S | 34 | i | 50 | y |
| 3 | D | 19 | T | 35 | j | 51 | z |
| 4 | E | 20 | U | 36 | k | 52 | 0 |
| 5 | F | 21 | V | 37 | l | 53 | 1 |
| 6 | G | 22 | W | 38 | m | 54 | 2 |
| 7 | H | 23 | X | 39 | n | 55 | 3 |
| 8 | I | 24 | Y | 40 | o | 56 | 4 |
| 9 | J | 25 | Z | 41 | p | 57 | 5 |
| 10 | K | 26 | a | 42 | q | 58 | 6 |
| 11 | L | 27 | b | 43 | r | 59 | 7 |
| 12 | M | 28 | c | 44 | s | 60 | 8 |
| 13 | N | 29 | d | 45 | t | 61 | 9 |
| 14 | O | 30 | e | 46 | u | 62 | + |
| 15 | P | 31 | f | 47 | v | 63 | / |
三、Base64原理
Base64 编码要求把 3 个 8 位的字节（3*8=24）转化为 4 个 6 位的字节（4*6=24），之后在 6 位的前面补两个 0，形成 8 位一个字节的形式。 如果剩下的字符不足 3 个字节，则用 0 填充，输出字符使用 =，因此编码后输出的文本末尾可能会出现 1 或 2 个 =。
为了保证所输出的编码位可读字符，Base64 制定了一个编码表，以便进行统一转换。编码表的大小为 2^6=64，这也是 Base64 名称的由来。
1.ASCII码转Base64（字节数 % 3 == 0）
ASCII是8位一个字节，Base64是6位一个字节，
3个字节的ASCII编码刚好等于4个字节的Base64编码，3 * 8 = 4 * 6 = 24
示例：
- ASCII编码：
you - Base64编码：
eW91
2.ASCII码转Base64（字节数 % 3 == 2）
ASCII是8位一个字节，Base64是6位一个字节，
2个字节的ASCII编码补2位零等于3个字节的Base64编码，不足4个字节的Base64编码使用 = 代替一个字节来补齐，2 * 8 + 2 = 3 * 6 = 18
示例：
- ASCII编码：
yo - Base64编码：
eW8=
3.ASCII码转Base64（字节数 % 3 == 1）
ASCII是8位一个字节，Base64是6位一个字节，
1个字节的ASCII编码补4位零等于2个字节的Base64编码，不足4个字节的Base64编码使用 = 代替一个字节来补齐，1 * 8 + 4 = 2 * 6 = 12
示例：
- UTF8编码：
y - Base64编码：
eQ==
4.UTF-8转Base64
UTF-8是8位一个字节，Base64是6位一个字节，
UTF-8里中文是三个字节，所以一个UTF-8编码的中文刚好可以转换为4个字节的Base64编码。3 * 8 = 4 * 6 = 24
示例：
- ASCII编码：
中 - Base64编码：
5Lit
首先，由于系统中默认字符串的编码格式为 unicode，需要将字符串 中 转换为 utf-8 格式的二进制数组：
/*** 字节数组 转 二进制字符串* @param bytes 高位 到 低位* @return 二进制字符串*/
public static String byteToBinStr2(byte[] bytes) {StringBuilder s1 = new StringBuilder();for (byte aByte : bytes) {s1.append(Long.toBinaryString((aByte & 0xFF) + 0x100).substring(1));}return s1.toString();
}public static void main(String[] args) {System.out.println(byteToBinStr2("中".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
}
执行结果：
每8位1字节分隔得到：
11100100 10111000 10101101
Base64编码：
四、Java实现Base64编解码
1.方法一：DatatypeConverter（JDK6）
使用 jdk 自带的 DatatypeConverter.java 类实现，但是 jdk 版本必须 >= 1.6。
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import javax.xml.bind.DatatypeConverter;
编码：
/*** base64 编码（方法一）* @explain DatatypeConverter.java实现* @param str 待编码字符串* @return 编码字符串*/
public static String encode(String str) {// base64字符串String base64Str = "";try {// 非字符串才进行编码if (str != null && str.length() > 0) {// String 转 byte[]byte[] bytes = str.getBytes("utf-8");// 编码base64Str = DatatypeConverter.printBase64Binary(bytes);}} catch (UnsupportedEncodingException e) {e.printStackTrace();}return base64Str;
}
解码：
/*** base解码（方法一）* @explain DatatypeConverter.java实现* @param base64Str 待解码字符串* @return 解码字符串*/
public static String decode(String base64Str) {// 解码后的字符串String str = "";// 非空字符串才进行解码if (base64Str != null && base64Str.length() > 0) {// 解码byte[] base64Bytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary(base64Str);try {// byte[] 转 Stringstr = new String(base64Bytes, "utf-8");} catch (UnsupportedEncodingException e) {e.printStackTrace();}}return str;
}
测试代码：
public static void main(String[] args) {String s = "y";String base64Str = encode2(s);System.out.println("原文：" + s);System.out.println("base64编码后（方法一）：" + base64Str);System.out.println("base64解码后（方法一）：" + decode2(base64Str));
}
执行结果：
2.方法二：Base64（JDK8）
使用 jdk 自带的 Base64.java 类实现，但是 jdk 版本必须 >= 1.8。
import java.util.Base64;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
编码：
/*** base64编码（方法二）* @explain Base64.java实现* @param str 待编码字符串* @return 编码字符串*/
public static String encode2(String str) {// 非空字符串才进行编码if (str != null && str.length() > 0) {// String 转 byte[]byte[] bytes = str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);// 编码（base64字符串）return Base64.getEncoder().encodeToString(bytes);}return "";
}
解码：
/*** base64解码（方法二）* @explain Base64.java实现* @param base64Str 待解码字符串* @return 解码字符串*/
public static String decode2(String base64Str) {// 非空字符串才进行解码if (base64Str != null && base64Str.length() > 0) {// 编码byte[] base64Bytes = Base64.getDecoder().decode(base64Str);// byte[] 转 String（解码后的字符串）return new String(base64Bytes, StandardCharsets.UTF_8);}return "";
}
测试代码：
public static void main(String[] args) {String s = "y";String base64Str = encode2(s);System.out.println("原文：" + s);System.out.println("base64编码后（方法二）：" + base64Str);System.out.println("base64解码后（方法二）：" + decode2(base64Str));
}
执行结果：
3.方法三：commons工具包
<dependency><groupId>commons-codec</groupId><artifactId>commons-codec</artifactId><version>1.15</version>
</dependency>
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
编码：
/*** base64编码（方法三）* @explain commons工具包实现* @param str 待编码字符串* @return 编码字符串*/
public static String encode3(String str) {// 非空字符串才进行编码if (str != null && str.length() > 0) {// String 转 byte[]byte[] bytes = str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);// 编码（base64字符串）return Base64.encodeBase64String(bytes).replaceAll(" \r\n", "");}return "";
}
解码：
/*** base64解码（方法三）* @explain commons工具包实现* @param base64Str 待解码字符串* @return 解码字符串*/
public static String decode3(String base64Str) {// 非空字符串才进行解码if (base64Str != null && base64Str.length() > 0) {// 解码byte[] base64Bytes = Base64.decodeBase64(base64Str);// byte[] 转 String（解码后的字符串）return new String(base64Bytes, StandardCharsets.UTF_8);}return "";
}
测试代码：
public static void main(String[] args) {String s = "y";String base64Str = encode3(s);System.out.println("原文：" + s);System.out.println("base64编码后（方法三）：" + base64Str);System.out.println("base64解码后（方法三）：" + decode3(base64Str));
}
执行结果：
五、总结
执行结果：方法一、方法二、方法三一致
效率：快–>慢：方法二 > 方法一 > 方法三
因此，如果项目用的是 jdk1.8，最佳选择是方法二；jdk1.6，最佳选择是方法一。
六、补充：JS实现Base64编解码
JavaScript 提供了两个原生的方法，用来处理Base64编码：btoa() 和 atob()
btoa()：Base64编码。atob()：Base64解码。
以上两个方法如果操作的字符串不是 ASCII 编码会报错：
例如：btoa('中')
VM707:1 Uncaught DOMException: Failed to execute ‘btoa’ on ‘Window’: The string to be encoded contains characters outside of the Latin1 range.
可以使用这两个方法，将非ASCII码的字符作为URI组件进行编码，然后再进行Base64编码。
encodeURIComponent()：作为URI组件进行编码。decodeURIComponent()：作为URI组件进行解码。
综上所述，适用于所有情况（ASCII码+非ASCII码）的Base64编解码方法如下：
btoa(encodeURIComponent(待编码内容))：Base64 编码。decodeURIComponent(atob(待解码内容))：Base64 解码。
注意：这种方法和UTF-8格式的加密不能通用。
执行结果：
整理完毕，完结撒花~ 🌻
参考地址：
1.Base64编码知识详解，https://baijiahao.baidu.com/s?id=1735577033729027737&wfr=spider&for=pc
2.什么是base64，https://zhuanlan.zhihu.com/p/76666060
3.Base64 编码/解码 | 菜鸟工具，https://c.runoob.com/front-end/693/
4.java base64编码、解码的三种方式，https://blog.51cto.com/u_15964717/6093954
本文链接：https://my.lmcjl.com/post/13789.html
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