Base64编码的原理与Java实现

Base64原理

编码原理

　　编码原理:将3个字符转换成4个字符((3X 8)=24字节=(4X 6)) ，取输入流中的3个字节,每次取6位(共4次),以此6位值做索引去查表，输出相应的字符。

如果输入流中字符不是3的倍数，最后结果缺的就以”=”填充(输入流中最后只剩1个字符就填2个=;剩2个就填1个=)

alphabet[]=”ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/”

解码原理

解码原理:

　　将4个字符转换成3个字符. 先读入输入流中的4个字符,然后根据上表中的值找索引()也可根据如下程序中的codes[]索引查找)，生成4个6位的值，然后以字节(8位)截断,就形成3个字符的ASCII值,这样就还原了.

Base64实现

基本定义

alphabets数组

/**
* 64个base字符+一个=号字符
* 注意alphabet[64] 为等号
*/
private static final char[] alphabet = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/=".toCharArray();

codes数组

/**
* 数组中存储的是64个,其他的值都为-1
*/
private static 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;
}

编码实现

/**
* 将原始数据字节数组编码成为base64字符串
*
* @param data
* @return
*/
public static char[] encode(byte[] data) {
char[] result = new char[((data.length + 2) / 3) * 4];
//i每次偏移三字节，
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]);//取得第一位，然后向左偏移8位
val <<= 8;
//第二位需要判断，则令trip为true
if ((i + 1) < data.length) {
val |= (0xFF & (int) data[i + 1]);
trip = true;
}
val <<= 8;
//第三位需要判断，则令quad为true
if ((i + 2) < data.length) {
val |= (0xFF & (int) data[i + 2]);
quad = true;
}
//0x3F ===>63
result[index + 3] = alphabet[quad ? val & 0x3F : 64];
val >>= 6;
result[index + 2] = alphabet[trip ? val & 0x3F : 64];
val >>= 6;
result[index + 1] = alphabet[val & 0x3F];
val >>= 6;
result[index + 0] = alphabet[val & 0x3F];
}
return result;
}

解码实现

/**
* 将已经编码过的base64字符串解码成原始数据字节数组
*
* @param data
* @return
*/
public static byte[] decode(char[] data) {
//计算原始数据字节长度
int length = ((data.length + 3) / 4) * 3;
if (data.length > 0 && data[data.length - 1] == '=') {
length--;
}
//        data.length > 0 data.length > 1 防止数组访问越界，很重要
if (data.length > 1 && data[data.length - 2] == '=') {
length--;
}
byte[] result = new byte[length];
int shift = 0;
int accum = 0;
int index = 0;
for (int i = 0; i < data.length; i++) {
int value = (codes[data[i] & 0xFF]);
if (value >= 0) {
accum <<= 6;
shift += 6;
accum |= value;
if (shift >= 8) {
shift -= 8;
result[index++] = (byte) ((accum >> shift) & 0xFF);
}
}
}
if (index != result.length)
throw new Error("解码错误");
return result;
}

测试

public static void main(String[] args) {
System.out.println(new String(decode(encode("你好，再见你好".getBytes()))));
}