Java1.8实现Base64编码解码

概述

首先，我们先来说下什么是Base64编码，然后再来学习下Java中Base64编码的使用。

历史

  Base64算法最早是为了解决电子邮件传输的问题的，早先的邮件传输协议中只支持ASCII码传递，如果要传输二进制文件，如图片和视频，是无法传输的，而BASE64可以将二进制文件内容编码成为只包含ASCII码的内容，这样就可以传输了。
  Base64算法大家常常说成是加密算法，但准确的来说，Base64不是一种加密算法，只能算是一种基于64个字符的编码算法。

  它有一个字符映射表，每个字符映射了一个十进制编码，共映射了64个字符。Base64将给定的数据经二进制转换后与字符映射表相对应，得到所谓的密文；映射表如下，映射表的最后是一个等号，是作为补位符用来补位的。

编号	字符	编号	字符	编号	字符	编号	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	/

下面我们来看下Base64算法实现的大致步骤：

1. 将给定的字符串以字符为单位转换为对应的字符编码(如ASCII码)；
2. 将获得的字符编码转换为二进制码；
3. 对获得的二进制码做分组转换操作，每3个8位二进制码为一组，转换为每4个6位二进制码为一组(不足6位时地位补0).这是一个分组变化的过程，3个8位二进制码和4个6位二进制码的长度都是24位；
4. 对获得的4个6位二进制补位，向6位二进制码添加2位高位0，组成4个8位二进制码；
5. 将获得的4个8位二进制码转换位10进制码；
6. 将获得的十进制码转换位Base64字符表中对应的字符；

ASCII码字符编码，

比如，我们对A进行Base64编码：

ASCII码字符编码.png

  最终生成的编码中有了两个等号，这是因为原文的二进制码不足24位，最后转换为十进制码时也不足4项，这时就需要用等号补位；

  经Base64编码后的字符串最多只会有2个等号，这是因为 余数 = 原文字节数 MOD 3，所以余数只能时0，1，2。通常判别一个字符串是不是Base64编码的第一步操作就是判断这个字符串末尾是不是有等号。这同时也说明，Base64编码后的字符串是以4个字符为单位，其长度只能是4个字符的整数倍。

非ASCII码字符编码

  ASCII码可以表示十进制范围为0到127的字符，对应二进制范围是00000000~01111111，ASCII码包含了阿拉伯数字，大小写英文字母和一些控制符，但却没有包含中文，因此有了GB2312，GBK和UTF-8等编码。GBK，GB2312用2个字节来表示一个汉字，UTF-8则用3个字节来表示一个汉字。

例如：对 密 这个字以UTF-8的形式进行Base64编码；

非ASCII码字符编码.png
最终密的Base64编码是 5a+G。当然，如果我们不使用UTF-8，而是使用GBK来进行编码，那编码后的结果就不是5a+G了。

Java中Base64编码使用

  JDK中Base64的实现在JDK1.7之前是没有对外的公共接口的，只有一个非标准实现，位于sun.misc包中，提供BASE64Encoder类和BASE64Decoder类。由于是不对外，所以不建议使用，并且后续JDK版本可能会去掉对这两个类的支持。

  所以说在JDK1.8之前，如果我们要对数据进行Base64编码，一般会借助于第三方的实现，比如Apache Commons包或者Google Guava包。

  但在JDK1.8之后，这个问题就不复存在了。JDK1.8提供了一个完整的类用于实现Base64编码解码，这个类是 java.util.Base64。以后我们如果需要对Base64编码解码，就可以使用这个类来完成了。

Base64

我们可以查看下Base64的官方API：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/
Base64提供了一套用于获取编码器和解码器的静态方法，其中大致分为三类：

• Basic编码器
• URL和文件安全编码器
• MIME编码器

Basic编码

Basic编码是标准的Base64编码，用于处理常规的需求，使用特别简单：

public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
    String string = "密";
    System.out.println("old string: " + string);
    String base64 = Base64.getEncoder().encodeToString(string.getBytes("UTF-8"));
    System.out.println("base64 decode: " + base64);

    byte[] bytes = Base64.getDecoder().decode(base64);
    System.out.println("base64 encode: " + new String(bytes, "UTF-8"));
}

output：

old string: 密
base64 decode: 5a+G
base64 encode: 密

URL编码

URL编码和Basic编码有些不同，主要是URL中反斜杠 /有特殊的含义，直接编码会不太安全，所以URL编码会使用下划线 _ 来替代 /。
比如我们直接编码：

String string = "http://www.google.com/index.html?pageNum=1&pageSize=10";
System.out.println("old string: " + string);
String base64 = Base64.getEncoder().encodeToString(string.getBytes("UTF-8"));
System.out.println("base64 decode: " + base64);

output：

old string: http://www.google.com/index.html?pageNum=1&pageSize=10
base64 decode: aHR0cDovL3d3dy5nb29nbGUuY29tL2luZGV4Lmh0bWw/cGFnZU51bT0xJnBhZ2VTaXplPTEw

所以，我们可以使用Base64中的 Base64.getUrlEncoder()来获取URL编码器，然后再进一步操作。

String base64 = Base64.getUrlEncoder().encodeToString(string.getBytes("UTF-8"));
System.out.println("base64 decode: " + base64);
byte[] bytes = Base64.getUrlDecoder().decode(base64);

output：

old string: http://www.google.com/index.html?pageNum=1&pageSize=10
base64 decode: aHR0cDovL3d3dy5nb29nbGUuY29tL2luZGV4Lmh0bWw_cGFnZU51bT0xJnBhZ2VTaXplPTEw
base64 encode: http://www.google.com/index.html?pageNum=1&pageSize=10

MIME编码

MIME编码适用于MIME格式数据，编码后每行的输出不超过76个字符，结束符号为\r\n。所谓MIME格式就是文件的表达形式，比如 image/png，video/mp4等。
打印的结果大致如下：

NDU5ZTFkNDEtMDVlNy00MDFiLTk3YjgtMWRlMmRkMWEzMzc5YTJkZmEzY2YtM2Y2My00Y2Q4LTk5
ZmYtMTU1NzY0MWM5Zjk4ODA5ZjVjOGUtOGMxNi00ZmVjLTgyZjctNmVjYTU5MTAxZWUyNjQ1MjJj
NDMtYzA0MC00MjExLTk0NWMtYmFiZGRlNDk5OTZhMDMxZGE5ZTYtZWVhYS00OGFmLTlhMjgtMDM1
ZjAyY2QxNDUyOWZiMjI3NDctNmI3OC00YjgyLThiZGQtM2MyY2E3ZGNjYmIxOTQ1MDVkOGQtMzIz
Yi00MDg0LWE0ZmItYzkwMGEzNDUxZTIwOTllZTJiYjctMWI3MS00YmQzLTgyYjUtZGRmYmYxNDA4
Mjg3YTMxZjMxZmMtYTdmYy00YzMyLTkyNzktZTc2ZDc5ZWU4N2M5ZDU1NmQ4NWYtMDkwOC00YjIy
LWIwYWItMzJiYmZmM2M0OTBm

同样，获取该编码或解码器也很简单：

Base64.getMimeEncoder();
Base64.getMimeDecoder();

本文主要参考自：
https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/
Base64 encoding and decoding in Java 8