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 Value Char Value Char Value Char Value Char 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 /
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 | M | a | n | |||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASCII编码 | 77 | 97 | 110 | |||||||||||||||||||||
| 二进制位 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 索引 | 19 | 22 | 5 | 46 | ||||||||||||||||||||
| Base64编码 | T | W | F | u | ||||||||||||||||||||
- 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 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | ||||||||||||||||
| 二进制位（补0） | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||||||||||||
| Base64编码 | Q | Q | = | = | ||||||||||||||||||||
| 文本（2 Byte） | B | C | ||||||||||||||||||||||
| 二进制位 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | x | x | x | x | x | x | ||
| 二进制位（补0） | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | x | x | x | x | x | x |
| Base64编码 | Q | k | M | = | ||||||||||||||||||||
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：TWFu Base64码 TWFu 的对应源字符串为：Man 字节数组：[97 98 99 ] 的Base64码是：YWJj Base64码为YWJj 的对应字节数组为：[97 98 99 ]
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时间： 2024-10-02 11:07:31