Base64编码

Posted 2020-08-25 白乾涛

BASE64 编码是一种常用的字符编码，在很多地方都会用到。但base64不是安全领域下的加密解密算法。能起到安全作用的效果很差，而且很容易破解，他核心作用应该是【传输数据的正确性】，有些网关或系统只能使用ASCII字符。Base64就是用来将非ASCII字符的数据转换成ASCII字符的一种方法，而且base64特别适合在http，mime协议下快速传输数据。

Base64编解码原理

Base64使用【字母azAZ数字09和+/】这64个字符

编码原理是将3个字节转换成4个字节

(3 X 8) = 24 = (4 X 6) 

先读入3个字节，每读一个字节，左移8位，再右移四次，每次6位，这样就有4个字节了。

这样还不能保证得到的字符都是可见字符，为了达到此目的，Base64制定了一个编码表，进行统一的转换。

码表的大小为2^6=64，这也是Base64名称的由来。

当剩下的字符数量不足3个字节时，则应使用0进行填充，相应的，输出字符则使用\'=\'占位，因此编码后输出的文本末尾可能会出现1至2个\'=\'。

解码原理是将4个字节转换成3个字节

先读入4个6位(用或运算)，每次左移6位，再右移3次，每次8位，这样就还原了。

Base64编码表

   0 A         9   J       17 R          26 a       34 i        43 r         52 0 60 8        

   1 B         10 K       18 S          27 b       35 j        44 s        53 1 61 9       

   2 C         11 L       19 T          28 c        36 k       45 t        54 2 62 +      

   3 D        12 M      20 U          29 d       37 l        46 u       55 3 63 /      

   4 E         13 N      21 V          30 e        38 m      47 v       56 4             

   5 F         14 O      22 W         31 f         39 n       48 w      57 5

   6 G        15 P       23 X          32 g        40 o       49 x       58 6

   7 H        16 Q      24 Y          33 h        41 p       50 y       59 7

   8 I       25 Z       42 q      51 z    

JDK里面实现Base64的API

• 在JDK1.6之前，JDK核心类一直没有Base64的实现类，有人建议用JDK里面的【sun.misc.BASE64Encoder】和 【sun.misc.BASE64Decoder】，使用它们的优点就是不需要依赖第三方类库，缺点就是可能在未来版本会被删除（用maven编译会发出警告），而且性能不佳。

• JDK1.6中添加了另一个Base64的实现【javax.xml.bind.DatatypeConverter】两个静态方法【parseBase64Binary】和【printBase64Binary】，隐藏在javax.xml.bind包下面，不被很多开发者知道。

• 在Java8在java.util包下面实现了BASE64编解码API，而且性能不俗，API也简单易懂，下面展示下这个类的使用例子。

java.util.Base64

该类提供了一套静态方法获取下面三种BASE64编解码器：

• Basic编码：是标准的BASE64编码，用于处理常规的需求
  
• URL编码：使用下划线替换URL里面的反斜线“/”
  
• MIME编码：使用基本的字母数字产生BASE64输出，而且对MIME格式友好：每一行输出不超过76个字符，而且每行以“\\r\\n”符结束。
  

示例代码

public class Base64Test {

    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {

        String str = "/白乾涛";

        String charset = "UTF-8";

        //Basic编码：是标准的BASE64编码，用于处理常规的需求

        String encStr = Base64.getEncoder().encodeToString(str.getBytes(charset));

        byte[] asBytes = Base64.getDecoder().decode(encStr);

        System.out.println("编码【" + encStr + "】解码【" + new String(asBytes, charset) + "】"); //编码【L+eZveS5vua2mw==】解码【/白乾涛】

        //URL编码：使用下划线替换URL里面的反斜线“/”

        String encStr2 = Base64.getUrlEncoder().encodeToString(str.getBytes(charset));

        byte[] asBytes2 = Base64.getUrlDecoder().decode(encStr2);

        System.out.println("编码【" + encStr2 + "】解码【" + new String(asBytes2, charset) + "】"); //编码【L-eZveS5vua2mw==】解码【/白乾涛】

        //MIME编码：使用基本的字母数字产生BASE64输出

        String encStr3 = Base64.getMimeEncoder().encodeToString(str.getBytes(charset));

        byte[] asBytes3 = Base64.getMimeDecoder().decode(encStr3);

        System.out.println("编码【" + encStr3 + "】解码【" + new String(asBytes3, charset) + "】"); //编码【L+eZveS5vua2mw==】解码【/白乾涛】

        //MIME编码对MIME格式友好：每一行输出不超过76个字符，而且每行以“\\r\\n”符结束。

        StringBuilder sb = new StringBuilder();

        for (int t = 0; t < 5; ++t) {

            sb.append(UUID.randomUUID().toString());

        }

        System.out.println("原始字符【" + sb.toString() + "】");

        byte[] toEncode = sb.toString().getBytes(charset);

        System.out.println(Base64.getMimeEncoder().encodeToString(toEncode));

    }

}

第三方实现Base64的API

• 常用的是Apache Commons Codec library里面的【org.apache.commons.codec.binary.Base64】
  
• 第二个便是Google Guava库里面的【com.google.common.io.BaseEncoding.base64()】这个静态方法
  
• 第三个是【net.iharder.Base64】，这个jar包就一个类
  
• 最后一个，号称Base64编码速度最快的MigBase64，而且是10年前的实现
  

org.apache.commons.codec.binary.Base64的结构

Base64编码性能测试

上面讲了一共7种实现Base64编码，Jdk里面3种，第三方实现4种，一旦有选择，则有必要将他们进行一次高低对比，

一切都很明显了，从上面看出，sun的表现不是很好，IHarder和MigBase64性能可以接受，传说MigBase64性能第一，那也是过去了，在这次测试结果中，新的java8 base64运行速度最好，javaXml表现次之。

如果你需要一个性能好，可靠的Base64编解码器，不要找JDK外面的了，java8里面的java.util.Base64以及java6中隐藏很深的javax.xml.bind.DatatypeConverter，都是不错的选择。

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