java中的字符编码方式

墨蓝 2022-05-17 01:56 187阅读 0赞

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## 1. 问题由来 ##

面试的时候被问到了各种编码方式的区别，结果一脸懵逼，这个地方集中学习一下。

## 2. 几种字符编码的方式 ##

**1. ASCII码**

我们知道，在计算机内部，所有的信息最终都表示为一个二进制的字符串。每一个二进制位（bit）有0和1两种状态，因此八个二进制位就可以组合出256种状态，这被称为一个字节（byte）。也就是说，一个字节一共可以用来表示256种不同的状态，每一个状态对应一个符号，就是256个符号，从0000000到11111111。

上个世纪60年代，美国制定了一套字符编码，对英语字符与二进制位之间的关系，做了统一规定。这被称为ASCII码，一直沿用至今。

ASCII码一共规定了128个字符的编码，比如空格"SPACE"是32（二进制00100000），大写的字母A是65（二进制01000001）。这128个符号（包括32个不能打印出来的控制符号），只占用了一个字节的后面7位，最前面的1位统一规定为0。0~31 是控制字符如换行回车删除等，32~126 是打印字符，可以通过键盘输入并且能够显示出来。

**2、非ASCII编码**

英语用128个符号编码就够了，但是用来表示其他语言，128个符号是不够的。比如，在法语中，字母上方有注音符号，它就无法用ASCII码表示。于是，一些欧洲国家就决定，利用字节中闲置的最高位编入新的符号。比如，法语中的é的编码为130（二进制10000010）。这样一来，这些欧洲国家使用的编码体系，可以表示最多256个符号。

但是，这里又出现了新的问题。不同的国家有不同的字母，因此，哪怕它们都使用256个符号的编码方式，代表的字母却不一样。比如，130在法语编码中代表了é，在希伯来语编码中却代表了字母Gimel (ג)，在俄语编码中又会代表另一个符号。但是不管怎样，所有这些编码方式中，0—127表示的符号是一样的，不一样的只是128—255的这一段。

至于亚洲国家的文字，使用的符号就更多了，汉字就多达10万左右。一个字节只能表示256种符号，肯定是不够的，就必须使用多个字节表达一个符号。比如，简体中文常见的编码方式是GB2312，使用两个字节表示一个汉字，所以理论上最多可以表示256x256=65536个符号。

这里只指出，虽然都是用多个字节表示一个符号，但是GB类的汉字编码与后文的Unicode和UTF-8是毫无关系的。

**3.Unicode**

正如上一节所说，世界上存在着多种编码方式，同一个二进制数字可以被解释成不同的符号。因此，要想打开一个文本文件，就必须知道它的编码方式，否则用错误的编码方式解读，就会出现乱码。为什么电子邮件常常出现乱码？就是因为发信人和收信人使用的编码方式不一样。

可以想象，如果有一种编码，将世界上所有的符号都纳入其中。每一个符号都给予一个独一无二的编码，那么乱码问题就会消失。这就是Unicode，就像它的名字都表示的，这是一种所有符号的编码。

Unicode当然是一个很大的集合，现在的规模可以容纳100多万个符号。每个符号的编码都不一样，比如，U+0639表示阿拉伯字母Ain，U+0041表示英语的大写字母A，U+4E25表示汉字“严”。具体的符号对应表，可以查询[unicode.org][]，或者专门的[汉字对应表][Link 1]。

**4. Unicode存在的问题：**

需要注意的是，Unicode只是一个符号集，它只规定了符号的二进制代码，却没有规定这个二进制代码应该如何存储。

比如，汉字“严”的unicode是十六进制数4E25，转换成二进制数足足有15位（100111000100101），也就是说这个符号的表示至少需要2个字节。表示其他更大的符号，可能需要3个字节或者4个字节，甚至更多。

这里就有两个严重的问题，第一个问题是，如何才能区别unicode和ascii？计算机怎么知道三个字节表示一个符号，而不是分别表示三个符号呢？第二个问题是，我们已经知道，英文字母只用一个字节表示就够了，如果unicode统一规定，每个符号用三个或四个字节表示，那么每个英文字母前都必然有二到三个字节是0，这对于存储来说是极大的浪费，文本文件的大小会因此大出二三倍，这是无法接受的。

它们造成的结果是：1）出现了unicode的多种存储方式，也就是说有许多种不同的二进制格式，可以用来表示unicode。2）unicode在很长一段时间内无法推广，直到互联网的出现。

**5.UTF-8**

互联网的普及，强烈要求出现一种统一的编码方式。UTF-8就是在互联网上使用最广的一种unicode的实现方式。其他实现方式还包括UTF-16和UTF-32，不过在互联网上基本不用。**重复一遍，这里的关系是，UTF-8是Unicode的实现方式之一。**

**UTF-8（8-bit Unicode Transformation Format）是一种针对Unicode的可变长度字符编码，又称万国码。由Ken Thompson于1992年创建。现在已经标准化为RFC 3629。UTF-8用1到4个字节编码Unicode字符。用在网页上可以统一页面显示中文简体繁体及其它语言（如英文，日文，韩文）。**

UTF-8最大的一个特点，就是它是一种变长的编码方式。它可以使用1~4个字节表示一个符号，根据不同的符号而变化字节长度。

UTF-8的编码规则很简单，只有二条：

1）对于单字节的符号，字节的第一位设为0，后面7位为这个符号的unicode码。因此对于英语字母，UTF-8编码和ASCII码是相同的。

2）对于n字节的符号（n>1），第一个字节的前n位都设为1，第n+1位设为0，后面字节的前两位一律设为10。剩下的没有提及的二进制位，全部为这个符号的unicode码。

下表总结了编码规则，字母x表示可用编码的位。

> Unicode符号范围 | UTF-8编码方式  
> UTF字节数 (十六进制) | （二进制）  
> \--------------------+---------------------------------------------
> 
> 一个字节 0000 0000-0000 007F | 0xxxxxxx  
> 两个字节 0000 0080-0000 07FF | 110xxxxx 10xxxxxx  
> 三个字节 0000 0800-0000 FFFF | 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx  
> 四个字节 0001 0000-0010 FFFF | 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

下面， 还是以汉字“严”为例，演示如何实现UTF-8编码。

已知“严”的unicode是4E25（100111000100101），根据上表，可以发现4E25处在第三行的范围内（0000 0800-0000 FFFF），因此“严”的UTF-8编码需要三个字节，即格式是“1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx”。然后，从“严”的最后一个二进制位开始，依次从后向前填入格式中的x，多出的位补0。这样就得到了，“严”的UTF-8编码是“11100100 10111000 10100101”，转换成十六进制就是E4B8A5。

**6. Unicode与UTF-8之间的转换**

通过上一节的例子，可以看到“严”的Unicode码是4E25，UTF-8编码是E4B8A5，两者是不一样的。它们之间的转换可以通过程序实现。

在Windows平台下，有一个最简单的转化方法，就是使用内置的记事本小程序Notepad.exe。打开文件后，点击“文件”菜单中的“另存为”命令，会跳出一个对话框，在最底部有一个“编码”的下拉条。

**7. iso8859-1编码**

属于单字节编码，最多能表示的字符范围是0-255，应用于英文系列。比如，字母a的编码为0×61=97.很明显，iso8859-1编码表示的字符范围很窄，无法表示中文字符。但是，由于是单字节编码，和计算机最基础的表示单位一致，所以很多时候，仍旧使用iso8859-1编码来表示。而且在很多协议上，默认使用该编码。比如，虽然"中文"两个字不存在iso8859-1编码，以gb2312编码为例，应该是"d6d0 cec4"两个字符，使用iso8859-1编码的时候则将它拆开为4个字节来表示："d6 d0 ce c4"（事实上，在进行存储的时候，也是以字节为单位处理的）。而如果是UTF编码，则是6个字节"e4 b8 ad e6 96 87".很明显，这种表示方法还需要以另一种编码为基础。

**java对字符的处理**

在java应用软件中，会有多处涉及到字符集编码，有些地方需要进行正确的设置，有些地方需要进行一定程度的处理。

1. getBytes（charset）

这是java字符串处理的一个标准函数，其作用是将字符串所表示的字符按照charset编码，并以字节方式表示。注意字符串在java内存中总是按unicode编码存储的。比如"中文"，正常情况下（即没有错误的时候）存储为"4e2d 6587"，如果charset为"gbk"，则被编码为"d6d0 cec4"，然后返回字节"d6 d0 ce c4".如果charset为"utf8"则最后是"e4 b8 ad e6 96 87".如果是"iso8859-1"，则由于无法编码，最后返回 "3f 3f"（两个问号）。

*java .class类的编码为：unicode;*

*windows 默认的编码为：中文：gb2312; 英文：iso8859;*

String str = "张三" ;

byte\[\] jiema= str.**getBytes**("gb2312") ; //解码

String bianma = new String(jiema,"UTF-8");//编码 如果上面的解码不对 可能出现问题

2. new String（charset）

这是java字符串处理的另一个标准函数，和上一个函数的作用相反，将字节数组按照charset编码进行组合识别，最后转换为unicode存储。参考上述getBytes的例子，"gbk" 和"utf8"都可以得出正确的结果"4e2d 6587"，但iso8859-1最后变成了"003f 003f"（两个问号）。

因为utf8可以用来表示/编码所有字符，所以new String（ str.getBytes（ "utf8" ）， "utf8" ） === str，即完全可逆。

3. setCharacterEncoding（）

该函数用来设置http请求或者相应的编码。

对于request，是指提交内容的编码，指定后可以通过getParameter（）则直接获得正确的字符串，如果不指定，则默认使用iso8859-1编码，需要进一步处理。参见下述"表单输入".值得注意的是在执行setCharacterEncoding（）之前，不能执行任何getParameter（）。java doc上说明：This method must be called prior to reading request parameters or reading input using getReader（）。而且，该指定只对POST方法有效，对GET方法无效。分析原因，应该是在执行第一个getParameter（）的时候，java将会按照编码分析所有的提交内容，而后续的getParameter（）不再进行分析，所以setCharacterEncoding（）无效。而对于GET方法提交表单是，提交的内容在URL中，一开始就已经按照编码分析所有的提交内容，setCharacterEncoding（）自然就无效。

对于response，则是指定输出内容的编码，同时，该设置会传递给浏览器，告诉浏览器输出内容所采用的编码。

4. 处理过程

下面分析两个有代表性的例子，说明java对编码有关问题的处理方法。

4.1. 表单输入

User input \*（gbk：d6d0 cec4） browser \*（gbk：d6d0 cec4） web server iso8859-1（00d6 00d 000ce 00c4） class，需要在class中进行处理：getbytes（"iso8859-1"）为d6 d0 ce c4，new String（"gbk"）为d6d0 cec4，内存中以unicode编码则为4e2d 6587.

l 用户输入的编码方式和页面指定的编码有关，也和用户的操作系统有关，所以是不确定的，上例以gbk为例。

l 从browser到web server，可以在表单中指定提交内容时使用的字符集，否则会使用页面指定的编码。而如果在url中直接用？的方式输入参数，则其编码往往是操作系统本身的编码，因为这时和页面无关。上述仍旧以gbk编码为例。

l Web server接收到的是字节流，默认时（getParameter）会以iso8859-1编码处理之，结果是不正确的，所以需要进行处理。但如果预先设置了编码（通过request. setCharacterEncoding （）），则能够直接获取到正确的结果。

l 在页面中指定编码是个好习惯，否则可能失去控制，无法指定正确的编码。

4.2. 文件编译

假设文件是gbk编码保存的，而编译有两种编码选择：gbk或者iso8859-1，前者是中文windows的默认编码，后者是linux的默认编码，当然也可以在编译时指定编码。

Jsp \*（gbk：d6d0 cec4） java file \*（gbk：d6d0 cec4） compiler read uincode（gbk： 4e2d 6587； iso8859-1： 00d6 00d 000ce 00c4） compiler write utf（gbk： e4b8ad e69687； iso8859-1： \*） compiled file unicode（gbk： 4e2d 6587； iso8859-1： 00d6 00d 000ce 00c4） class.所以用gbk编码保存，而用iso8859-1编译的结果是不正确的。

class unicode（4e2d 6587） system.out / jsp.out gbk（d6d0 cec4） os console / browser.

l 文件可以以多种编码方式保存，中文windows下，默认为ansi/gbk.

l 编译器读取文件时，需要得到文件的编码，如果未指定，则使用系统默认编码。一般class文件，是以系统默认编码保存的，所以编译不会出问题，但对于jsp文件，如果在中文windows下编辑保存，而部署在英文linux下运行/编译，则会出现问题。所以需要在jsp文件中用pageEncoding指定编码。

l Java编译的时候会转换成统一的unicode编码处理，最后保存的时候再转换为utf编码。

l 当系统输出字符的时候，会按指定编码输出，对于中文windows下，System.out将使用gbk编码，而对于response（浏览器），则使用jsp文件头指定的contentType，或者可以直接为response指定编码。同时，会告诉browser网页的编码。如果未指定，则会使用iso8859-1编码。对于中文，应该为browser指定输出字符串的编码。

l browser显示网页的时候，首先使用response中指定的编码（jsp文件头指定的contentType最终也反映在response上），如果未指定，则会使用网页中meta项指定中的contentType.

5. 几处设置

对于web应用程序，和编码有关的设置或者函数如下。

5.1. jsp编译

指定文件的存储编码，很明显，该设置应该置于文件的开头。例如：。另外，对于一般class文件，可以在编译的时候指定编码。

5.2. jsp输出

指定文件输出到browser是使用的编码，该设置也应该置于文件的开头。例如：。该设置和response.setCharacterEncoding（"GBK"）等效。

5.3. meta设置

指定网页使用的编码，该设置对静态网页尤其有作用。因为静态网页无法采用jsp的设置，而且也无法执行response.setCharacterEncoding（）。例如：

如果同时采用了jsp输出和meta设置两种编码指定方式，则jsp指定的优先。因为jsp指定的直接体现在response中。

需要注意的是，[**apache**][apache]有一个设置可以给无编码指定的网页指定编码，该指定等同于jsp的编码指定方式，所以会覆盖静态网页中的meta指定。所以有人建议关闭该设置。

5.4. form设置

当浏览器提交表单的时候，可以指定相应的编码。例如：。一般不必不使用该设置，浏览器会直接使用网页的编码。

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[unicode.org]: http://www.unicode.org/
[Link 1]: http://www.chi2ko.com/tool/CJK.htm
[apache]: http://www.lupaworld.com/