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Java 8会因为将lambdas，流，新的日期/时间模型和Nashorn JavaScript引擎引入Java而被记住。有些人还会记得Java 8，因为它引入了各种小但有用的功能，例如Base64 API。什么是Base64以及如何使用此API？这篇文章回答了这些问题。
什么是Base64？
是一种二进制到文本编码方案，通过将二进制数据转换为基数-64表示，以可打印的ASCII字符串格式表示二进制数据。每个Base64数字恰好代表6位二进制数据。
在RFC 1421中首次描述了Base64（但没有命名）：Internet电子邮件的隐私增强：第一部分：消息加密和认证过程。后来，它在RFC 2045中正式呈现为Base64 ：多用途Internet邮件扩展（MIME）第一部分：Internet消息体的格式，随后在RFC 4648：Base16，Base32和Base64数据编码中重新访问。
Base64用于防止数据在传输过程中通过信息系统（例如电子邮件）进行修改，这些信息系统可能不是8-bit clean（它们可能是8位值）。例如，您将图像附加到电子邮件消息，并希望图像到达另一端而不会出现乱码。您的电子邮件软件对图像进行Base64编码并将等效文本插入到邮件中，如下图所示：
Content-Disposition: inline;
filename=IMG_0006.JPG
Content-Transfer-Encoding: base64 /9j/4R/+RXhpZgAATU0AKgAAAAgACgEPAAIAAAAGAAAAhgEQAAIAAAAKAAAAjAESAAMAAAABAAYA
AAEaAAUAAAABAAAAlgEbAAUAAAABAAAAngEoAAMAAAABAAIAAAExAAIAAAAHAAAApgEyAAIAAAAU
AAAArgITAAMAAAABAAEAAIdpAAQAAAABAAAAwgAABCRBcHBsZQBpUGhvbmUgNnMAAAAASAAAAAEA
...
NOMbnDUk2bGh26x2yiJcsoBIrvtPe3muBbTRGMdeufmH+Nct4chUXpwSPk/qK9GtJRMWWVFbZ0JH
I4rf2dkZSbOjt7hhEzwcujA4I7Gust75pYVwAPpXn+kzNLOVYD7xFegWEKPkHsM/pU1F0NKbNS32
o24sSCOlaaFYLUhjky4x9PSsKL5bJsdWkAz3xirH2dZLy1DM2C44zx1FZqL2PTXY/9k=
插图显示此编码图像以/开头和结尾=。在...表明未展示的文字。请注意，此示例或任何其他示例的整个编码比原始二进制数据大大约33％。
收件人的电子邮件软件将对编码的文本图像进行Base64解码，以恢复原始二进制图像。对于此示例，图像将与消息的其余部分一起显示。
Base64编码和解码
Base64依赖于简单的编码和解码算法。它们使用65个字符的US-ASCII子集，其中前64个字符中的每一个都映射到等效的6位二进制序列。这是字母表：
Value Encoding Value Encoding Value Encoding Value Encoding
0 A 17 R 34 i 51 z
1 B 18 S 35 j 52 0
2 C 19 T 36 k 53 1
3 D 20 U 37 l 54 2
4 E 21 V 38 m 55 3
5 F 22 W 39 n 56 4
6 G 23 X 40 o 57 5
7 H 24 Y 41 p 58 6
8 I 25 Z 42 q 59 7
9 J 26 a 43 r 60 8
10 K 27 b 44 s 61 9
11 L 28 c 45 t 62 +
12 M 29 d 46 u 63 /
13 N 30 e 47 v
14 O 31 f 48 w (pad) =
15 P 32 g 49 x
16 Q 33 h 50 y
第65个字符（=）用于将Base64编码的文本填充到整数大小，如下所述。
编码算法接收8位字节的输入流。假定该流首先以最高有效位排序：第一位是第一个字节中的高位，第八位是该字节中的低位，依此类推。
从左到右，这些字节被组织成24位组。每组被视为四个连接的6位组。每个6位组索引为64个可打印字符的数组; 输出结果字符。
当在编码数据的末尾有少于24位可用时，添加零位（在右侧）以形成整数个6位组。然后，可以输出一个或两个=填充字符。有两种情况需要考虑：
- 一个剩余字节：将四个零位附加到该字节以形成两个6位组。每个组索引数组并输出结果字符。在这两个字符之后，输出两个
=填充字符。 - 剩下的两个字节：两个零位附加到第二个字节，形成三个6位组。每个组索引数组并输出结果字符。在这三个字符之后，输出一个
=填充字符。
让我们考虑三个例子来了解编码算法的工作原理。首先，假设我们希望编码@!*：
Source ASCII bit sequences with prepended 0 bits to form 8-bit bytes:
@ ! *
01000000 00100001 00101010
Dividing this 24-bit group into four 6-bit groups yields the following:
010000 | 000010 | 000100 | 101010 These bit patterns equate to the following indexes:
16 2 4 42 Indexing into the Base64 alphabet shown earlier yields the following encoding:
QCEq
我们将继续将输入序列缩短为@!：
Source ASCII bit sequences with prepended 0 bits to form 8-bit bytes:
@ !
01000000 00100001 Two zero bits are appended to make three 6-bit groups:
010000 | 000010 | 000100 These bit patterns equate to the following indexes:
16 2 4 Indexing into the Base64 alphabet shown earlier yields the following encoding:
QCE An = pad character is output, yielding the following final encoding:
QCE=
最后一个示例将输入序列缩短为@：
Source ASCII bit sequence with prepended 0 bits to form 8-bit byte:
@
01000000 Four zero bits are appended to make two 6-bit groups:
010000 | 000000 These bit patterns equate to the following indexes:
16 0 Indexing into the Base64 alphabet shown earlier yields the following encoding:
QA Two = pad characters are output, yielding the following final encoding:
QA==
解码算法是编码算法的逆。但是，检测到不在Base64字母表中的字符或填充字符数不正确时，可以*采取适当的措施。
Base64变种
已经设计了几种Base64变体。一些变体要求编码的输出流被分成多行固定长度，每行不超过一定的长度限制，并且（最后一行除外）通过行分隔符与下一行分开（回车\r后跟一行换行\n）。我描述了Java 8的Base64 API支持的三种变体。查看Wikipedia的Base64条目以获取完整的变体列表。
Basic
RFC 4648描述了一种称为
的Base64变体。此变体使用RFC 4648和RFC 2045的表1中所示的Base64字母表（并在本文前面所示）进行编码和解码。编码器将编码的输出流视为一行; 没有输出行分隔符。解码器拒绝包含Base64字母表之外的字符的编码。请注意，可以覆盖这些和其他规定。
MIME
RFC 2045描述了一种称为
的Base64变体。此变体使用RFC 2045的表1中提供的Base64字母表进行编码和解码。编码的输出流被组织成不超过76个字符的行; 每行（最后一行除外）通过行分隔符与下一行分隔。解码期间将忽略Base64字母表中未找到的所有行分隔符或其他字符。
URL and Filename Safe
RFC 4648描述了一种称为
的Base64变体。此变体使用RFC 4648的表2中提供的Base64字母表进行编码和解码。字母表与前面显示的字母相同，只是-替换+和_替换/。不输出行分隔符。解码器拒绝包含Base64字母表之外的字符的编码。
Base64编码在冗长的二进制数据和HTTP GET请求的上下文中很有用。我们的想法是对这些数据进行编码，然后将其附加到HTTP GET URL。如果使用Basic或MIME变体，则编码数据中的任何+或/字符必须被URL编码为十六进制序列（+变为%2B和/变为%2F）。生成的URL字符串会稍长一些。通过更换+同-和/同_，URL和文件名安全消除了对URL编码器/解码器（和它们的编码值的长度影响）的需要。此外，当编码数据用于文件名时，此变体很有用，因为Unix和Windows文件名不能包含/。
使用Java的Base64 API
Java 8引入一个Base64 API，包括java.util.Base64类及其嵌套static类Encoder和Decoder。Base64有几种获取编码器和解码器的static方法：
-
Base64.Encoder getEncoder()：返回Basic变体的编码器。 -
Base64.Decoder getDecoder()：返回Basic变体的解码器。 -
Base64.Encoder getMimeEncoder()：返回MIME变体的编码器。 -
Base64.Encoder getMimeEncoder(int lineLength, byte[] lineSeparator)：返回具有给定lineLength的已修改MIME变体的编码器（向下舍入到最接近的4的倍数 - 输出在lineLength<= 0 时不分成行）和lineSeparator。当lineSeparator包含RFC 2045的表1中列出的任何Base64字母字符时，它会抛出java.lang.IllegalArgumentException。getMimeEncoder()方法返回的RFC 2045编码器是相当严格的。例如，该编码器创建具有76个字符的固定行长度（最后一行除外）的编码文本。如果您希望编码器支持RFC 1421，它指定固定行长度为64个字符，则需要使用getMimeEncoder(int lineLength, byte[] lineSeparator)。 -
Base64.Decoder getMimeDecoder()：返回MIME变体的解码器。 -
Base64.Encoder getUrlEncoder()：返回URL和Filename Safe变体的编码器。 -
Base64.Decoder getUrlDecoder()：返回URL和Filename Safe变体的解码器。
Base64.Encoder提出了几种用于编码字节序列的线程安全实例方法 将空引用传递给以下方法之一会导致java.lang.NullPointerException：
-
byte[] encode(byte[] src)：将src所有字节编码到新分配的字节数组中，然后返回结果。 -
int encode(byte[] src, byte[] dst)：编码src所有字节到dst（开始于偏移0）。如果dst不足以保存编码，则抛出IllegalArgumentException。否则，返回写入dst的字节数。 -
ByteBuffer encode(ByteBuffer buffer)：将buffer所有剩余字节编码到新分配的java.nio.ByteBuffer对象中。返回后，buffer的position将更新到它的limit; 它的limit不会改变。返回的输出缓冲区的position将为零，其limit将是结果编码字节的数量。 -
String encodeToString(byte[] src)：将src所有字节编码为一个字符串，并返回该字符串。调用此方法等同于执行new String(encode(src), StandardCharsets.ISO_8859_1)。 -
Base64.Encoder withoutPadding()：返回与此编码器等效编码的编码器，但不在编码字节数据的末尾添加任何填充字符。 -
OutputStream wrap(OutputStream os)：包装输出流以编码字节数据。建议在使用后立即关闭返回的输出流，在此期间它会将所有可能的剩余字节刷新到底层输出流。关闭返回的输出流将关闭基础输出流。
Base64.Decoder提出了几种解码字节序列的线程安全实例方法。将空引用传递给以下方法之一会导致NullPointerException：
-
byte[] decode(byte[] src)：将src所有字节解码为新分配的字节数组，然后返回。当Base64无效时抛出IllegalArgumentException。 -
int decode(byte[] src, byte[] dst)：解码src所有字节到dst（从偏移量0开始）。如果dst不足以保存解码，或者当Base64无效的时，抛出IllegalArgumentException。否则，返回写入dst的字节数。 -
byte[] decode(String src)：将src所有字节解码为新分配的字节数组，并返回该字节数组。调用此方法相当于调用decode(src.getBytes(StandardCharsets.ISO_8859_1))。当Base64无效时抛出IllegalArgumentException。 -
ByteBuffer decode(ByteBuffer buffer)：将buffer所有字节解码为新分配的java.nio.ByteBuffer对象。返回后，buffer其position将更新为它的limit; 它的limit不会改变。返回的输出缓冲区的position将为零，其limit将是生成的解码字节数。当Base64无效时抛出IllegalArgumentException。在这种情况下，buffer位置不会更新。 -
InputStream wrap(InputStream is)：包装输入流以解码字节数据。当输入Base64无效时，is对象的read()方法抛出java.io.IOException。关闭返回的输出流将关闭基础输出流。
你好，Base64
Java的Base64 API易于使用。考虑一个“Hello，World”式程序，使用Basic编码器对Base64进行编码，然后使用Basic解码器对编码文本进行Base64解码。清单1展示了源代码。
清单1。 HelloBase64.java
import java.util.Base64; public class HelloBase64
{
public static void main(String[] args)
{
String msg = "Hello, Base64!";
Base64.Encoder enc = Base64.getEncoder();
byte[] encbytes = enc.encode(msg.getBytes());
for (int i = 0; i < encbytes.length; i++)
{
System.out.printf("%c", (char) encbytes[i]);
if (i != 0 && i % 4 == 0)
System.out.print(' ');
}
System.out.println();
Base64.Decoder dec = Base64.getDecoder();
byte[] decbytes = dec.decode(encbytes);
System.out.println(new String(decbytes));
}
}
编译清单1如下：
javac HelloBase64.java
运行生成的应用程序如下：
java HelloBase64
您应该观察以下输出：
SGVsb G8sI EJhc 2U2N CE=
Hello, Base64!
文件编码和解码
Base64对编码文件更有用。我已经创建了第二个应用程序，它演示了这个有用性以及更多的Base64 API。清单2显示了应用程序的源代码。
清单2。 FileEncDec.java
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream; import java.util.Base64; public class FileEncDec
{
public static void main(String[] args)
{
if (args.length != 1)
{
System.err.println("usage: java FileEncDec filename");
return;
}
try (FileInputStream fis = new FileInputStream(args[0]))
{
Base64.Encoder enc1 = Base64.getEncoder();
Base64.Encoder enc2 = Base64.getMimeEncoder();
Base64.Encoder enc3 = Base64.getUrlEncoder();
OutputStream os1 = enc1.wrap(new FileOutputStream(args[0] + "1.enc"));
OutputStream os2 = enc2.wrap(new FileOutputStream(args[0] + "2.enc"));
OutputStream os3 = enc3.wrap(new FileOutputStream(args[0] + "3.enc"));
int _byte;
while ((_byte = fis.read()) != -1)
{
os1.write(_byte);
os2.write(_byte);
os3.write(_byte);
}
os1.close();
os2.close();
os3.close();
}
catch (IOException ioe)
{
System.err.printf("I/O error: %s%n", ioe.getMessage());
}
try (FileOutputStream fos1 = new FileOutputStream("1" + args[0]);
FileOutputStream fos2 = new FileOutputStream("2" + args[0]);
FileOutputStream fos3 = new FileOutputStream("3" + args[0]))
{
Base64.Decoder dec1 = Base64.getDecoder();
Base64.Decoder dec2 = Base64.getMimeDecoder();
Base64.Decoder dec3 = Base64.getUrlDecoder();
InputStream is1 = dec1.wrap(new FileInputStream(args[0] + "1.enc"));
InputStream is2 = dec2.wrap(new FileInputStream(args[0] + "2.enc"));
InputStream is3 = dec3.wrap(new FileInputStream(args[0] + "3.enc"));
int _byte;
while ((_byte = is1.read()) != -1)
fos1.write(_byte);
while ((_byte = is2.read()) != -1)
fos2.write(_byte);
while ((_byte = is3.read()) != -1)
fos3.write(_byte);
is1.close();
is2.close();
is3.close();
}
catch (IOException ioe)
{
System.err.printf("I/O error: %s%n", ioe.getMessage());
}
}
}
该FileEncDec应用程序需要一个文件作为其孤立命令行参数的名称。它继续打开此文件并读取其内容。每个读取字节通过不同的编码器和包装的输出流写入另一个文件。之后，这些文件通过不同的解码器和包装的输入流打开和读取。结果存储在三个单独的文件中。
编译清单2如下：
javac FileEncDec.java
运行生成的应用程序如下（假设一个名为JPEG的文件image.jpg- 请参阅帖子的代码存档）：
java FileEncDec image.jpg
您应该在当前目录中观察image.jpg1.enc，image.jpg2.enc和image.jpg3.enc文件。
image.jpg1.enc将Basic编码存储在一个长行上。下面是输出的前缀，为了便于阅读，分为两行（...序列表示内容未显示）：
/9j/4AAQSkZJRgABAQEASABIAAD/4QAiRXhpZgAATU0AKgAAAAgAAQESAAMAAAABAAEAAAAAAAD/
4QM6aHR0cDovL25zLmFkb2JlLmNvbS94YXAvMS4wLwA8P3hwYWNrZXQgYmVnaW49Iu+...
image.jpg2.enc 将MIME编码存储在多行中：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clRvb2w9IkFkb2JlIFBob3Rvc2hvcCBDUzUgV2luZG93cyIgeG1wTU06SW5zdGFuY2VJRD0ieG1w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fMVdy449R4V8X/E0PhT4kRtZ2Xju+tlhMUE0OoJHLDKjgMojKbGiMSbxlVGSoyONvK3H7Rnia90O
2l0OG8WeztVW5kJE7pN5SLvXAHLSuxbhjwNuxQRV4XiqlVp+0hCXvaq7Xyvdt+W2+yM8Vw/UpT5J
zj7ujsn+iS8/zZ+h91qGi3t7Lpsmi3CR+SLi3+y3kkIjTgZYBDhlG7bxkZPLFhWh47+EmgzeDdQ8
UeEdYbTdPUL9p0xtUuJyJtuxWEsbxnBOThwuArAsVznFstCaLxjpuk7bdYLi5+ybQhYIpcxEg8cj
jHsPUkn16Pwf/wAIHqL2d5cR6ppdx+7Wze2CQuihTyqsNh28gglg3RgBz+FYOpDBzi5RUodU0ndd
d1v1Wq1P0DETnibtVGpdNWrfd/wT520DRfEV1eyWt3cXek/2ZCF3Tt9str8RxKCVZozI0rKFwC6Y
L84GBUC+GfE2sQ6nNc3Gl6T/AGezSodT0mOX7RIxxGEEbqFkxuHqSVXJJBEn7YNvJ8Dvit9ttbi+
uNH1WITC3FwI7i33gSbFYJt2j7v3eRk4ycjwo/F6bTPOjT7bI0gJLtPy+75lDDoccE+9fquG4Syv
F044mnTSUkmrJrR+V/0PjqnE2OoN0ZTbs3e7PbdHbXtGvlSbS/Ccmm3Nq7/aLN73TWluFXhgD5q5
BZeuMbQAVANN8feJYfBuoLqFj4L1jUrW1t45ZpV8SIJbNiqyNuD5Dqm6TDA/KcggEYrF8M/FTQ9c
+HurfZLfV7jVNJ0sag320oIBH5yqyoUbcrfMT6HnIGa53Qvi9b+WGkspp47hWQo7jKj2YflyDkVn
/qPgJXlFyT23dvuTX5ov/WrGxsna3or/AHtM/9k=
image.jpg3.enc将URL和文件名安全编码存储在一个长行上。下面是输出的前缀，分为两行以便于阅读：
_9j_4AAQSkZJRgABAQEASABIAAD_4QAiRXhpZgAATU0AKgAAAAgAAQESAAMAAAABAAEAAAAAAAD_
4QM6aHR0cDovL25zLmFkb2JlLmNvbS94YXAvMS4wLwA8P3hwYWNrZXQgYmVnaW49Iu-...
image.jpg1.enc和image.jpg3.enc之间的区别在于每个/都被替换为 _并且每个+都被替换为 -。
您还应该在当前目录中观察1image.jpg，2image.jpg和3image.jpg文件。这些文件中的每一个都包含相同的内容image.jpg。
结论
Base64 API是Java 8引入的各种小“宝石”之一。如果你必须使用Base64，你会发现这个API非常方便。我鼓励您尝试一下Base64，从本文未涉及的方法开始。