我的Java开发学习之旅------>Base64的编码思想以及Java实现

Base64是一种用64个字符来表示任意二进制数据的方法。

用记事本打开exe、jpg、pdf这些文件时，我们都会看到一大堆乱码，因为二进制文件包含很多无法显示和打印的字符，所以，如果要让记事本这样的文本处理软件能处理二进制数据，就需要一个二进制到字符串的转换方法。Base64是一种最常见的二进制编码方法。

一、编码规则

所谓Base64，就是说选出64个字符----小写字母a-z、大写字母A-Z、数字0-9、符号"+"、"/"（再加上作为垫字的"="，实际上是65个字符）----作为一个基本字符集。然后，其他所有符号都转换成这个字符集中的字符。

具体来说，转换方式可以分为四步。

• 第一步，将每三个字节作为一组，一共是24个二进制位。
• 第二步，将这24个二进制位分为四组，每个组有6个二进制位。
• 第三步，在每组前面加两个00，扩展成32个二进制位，即四个字节。
• 第四步，根据下表，得到扩展后的每个字节的对应符号，这就是Base64的编码值。

注：BASE64字符表：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/

Base64 编码表ValueChar
ValueChar
ValueChar
ValueChar0A16Q32g48w1B17R33h49x2C18S34i50y3D19T35j51z4E20U36k5205F21V37l5316G22W38m5427H23X39n5538I24Y40o5649J25Z41p57510K26a42q58611L27b43r59712M28c44s60813N29d45t61914O30e46u62+15P31f47v63/

因为，Base64将三个字节转化成四个字节，所以Base64编码后的文本，会比原文本大出三分之一左右。

举一个具体的实例，演示英语单词Man如何转成Base64编码。

文本ManASCII编码7797110二进制位010011010110000101101110索引1922546Base64编码TWFu

• 第一步，"M"、"a"、"n"的ASCII值分别是77、97、110，对应的二进制值是01001101、01100001、01101110，将它们连成一个24位的二进制字符串010011010110000101101110。
• 第二步，将这个24位的二进制字符串分成4组，每组6个二进制位：010011、010110、000101、101110。
• 第三步，在每组前面加两个00，扩展成32个二进制位，即四个字节：00010011、00010110、00000101、00101110。它们的十进制值分别是19、22、5、46。
• 第四步，根据上表，得到每个值对应Base64编码，即T、W、F、u。

因此，Man的Base64编码就是TWFu。

我们看看另外不是刚好是3个字节的情况！ 

文本（1 Byte）A

二进制位01000001















二进制位（补0）010000010000











Base64编码QQ==文本（2 Byte）BC
二进制位0100001001000011

xxxxxx二进制位（补0）010000100100001100xxxxxxBase64编码QkM =

因此，A的Base64编码就是QQ==,BC的Base64编码就是QkM=

 

二、解码规则

      解码过程就是把4个字节再还原成3个字节再根据不同的数据形式把字节数组重新整理成数据。

三、Java实现Base64

public class Base64Utils {/** * 将一个字节数组转换成base64的字符数组 *  * @param data *            字节数组 * @return base64字符数组 */private static char[] encode(byte[] data) {char[] out = new char[((data.length + 2) / 3) * 4];for (int i = 0, index = 0; i < data.length; i += 3, index += 4) {boolean quad = false;boolean trip = false;int val = (0xFF & (int) data[i]);val <<= 8;if ((i + 1) < data.length) {val |= (0xFF & (int) data[i + 1]);trip = true;}val <<= 8;if ((i + 2) < data.length) {val |= (0xFF & (int) data[i + 2]);quad = true;}out[index + 3] = alphabet[(quad ? (val & 0x3F) : 64)];val >>= 6;out[index + 2] = alphabet[(trip ? (val & 0x3F) : 64)];val >>= 6;out[index + 1] = alphabet[val & 0x3F];val >>= 6;out[index + 0] = alphabet[val & 0x3F];}return out;}/** * 将一个base64字符数组解码成一个字节数组 *  * @param data *            base64字符数组 * @return 返回解码以后的字节数组 */private static byte[] decode(char[] data) {int len = ((data.length + 3) / 4) * 3;if (data.length > 0 && data[data.length - 1] == '=')--len;if (data.length > 1 && data[data.length - 2] == '=')--len;byte[] out = new byte[len];int shift = 0;int accum = 0;int index = 0;for (int ix = 0; ix < data.length; ix++) {int value = codes[data[ix] & 0xFF];if (value >= 0) {accum <<= 6;shift += 6;accum |= value;if (shift >= 8) {shift -= 8;out[index++] = (byte) ((accum >> shift) & 0xff);}}}if (index != out.length)throw new Error("miscalculated data length!");return out;}/** * base64字符集 0..63 */static private char[] alphabet = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/=".toCharArray();/** * 初始化base64字符集表 */static private byte[] codes = new byte[256];static {for (int i = 0; i < 256; i++)codes[i] = -1;for (int i = 'A'; i <= 'Z'; i++)codes[i] = (byte) (i - 'A');for (int i = 'a'; i <= 'z'; i++)codes[i] = (byte) (26 + i - 'a');for (int i = '0'; i <= '9'; i++)codes[i] = (byte) (52 + i - '0');codes['+'] = 62;codes['/'] = 63;} /**     * 将字符串通过base64转码     * @param str 要转码的字符串     * @return 返回转码后的字符串     */    public static String strToBase64Str(String str)    {        return new String(encode(str.getBytes()));    }        /**     * 将base64码反转成字符串     * @param base64Str base64码     * @return 返回转码后的字符串     */    public static String base64StrToStr(String base64Str)    {        char[] dataArr = new char[base64Str.length()];        base64Str.getChars(0, base64Str.length(), dataArr, 0);        return new String(decode(dataArr));    }        /**     * 将字节数组通过base64转码     * @param byteArray 字节数组     * @return 返回转码后的字符串     */    public static String byteArrayToBase64Str(byte byteArray[])    {        return new String(encode(byteArray));    }        /**     * 将base64码转换成字节数组     * @param base64Str base64码     * @return 返回转换后的字节数组     */    public static byte[] base64StrToByteArray(String base64Str)    {        char[] dataArr = new char[base64Str.length()];        base64Str.getChars(0, base64Str.length(), dataArr, 0);        return decode(dataArr);    }    /** * @param args * @throws UnsupportedEncodingException  */public static void main(String[] args) throws Exception {String strSrc = "Man";String strOut = Base64Utils.strToBase64Str(strSrc);System.out.println("源字符串 "+strSrc+" 的Base64码是："+strOut);String strOut2 = Base64Utils.base64StrToStr(strOut);        System.out.println("Base64码 "+strOut+" 的对应源字符串为："+strOut2);                  byte[] inByteArray={'a','b','c'};        String base64Str=Base64Utils.byteArrayToBase64Str(inByteArray);        StringBuilder sb=new StringBuilder();        sb.append('[');        for (int i = 0; i < inByteArray.length; i++) {sb.append(inByteArray[i]+" ");}        sb.append(']');        System.out.println("字节数组："+sb+" 的Base64码是："+base64Str);                byte[] outByteArray=Base64Utils.base64StrToByteArray(base64Str);        StringBuilder sb2=new StringBuilder();        sb2.append('[');        for (int i = 0; i < outByteArray.length; i++) {sb2.append(outByteArray[i]+" ");}        sb2.append(']');        System.out.println("Base64码为"+base64Str+" 的对应字节数组为："+sb2);       }}

运行效果如下：

源字符串 Man 的Base64码是：TWFuBase64码 TWFu 的对应源字符串为：Man字节数组：[97 98 99 ] 的Base64码是：YWJjBase64码为YWJj 的对应字节数组为：[97 98 99 ]

 

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  作者：欧阳鹏  欢迎转载，与人分享是进步的源泉！

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