java 自定义实现Base64编码

待我称王封你为后i 2022-05-28 03:23 341阅读 0赞

**//TODO 修改Decoder的静态方法,禁止提供返回String的方法,原因:在AES加密时才发现自己一直的一个误区,new String()和getBytes()两者操作得到的字节数组不一定都是一样的,应该先getBytes(),才能去new String(),在测试AES加密时,用这个Base64工具类对AES产生的数组进行加密时没问题,解密时返回字符串就错了,因为这个数组不是getBytes()生成的,new String()时,数组中的字节和编码表并不能一一对应,那么你new String()后,再次getBytes()数组就会变化,所以如果有中间其他调用的时候就会出错,Decoder不能提供返回String的方法,可以看到所有java 实现的Base64解密的Decoder类都没有提供返回String的方法**

**修复不支持中文问题,原理在转字节数组的时候 & 0xff (1111 1111)实际上是将负数转为显示成不考虑符号位的负数的补码形式,正数不受影响**

//编码实例:"foobar1",请按标注的数字从1-5看,1.将字符串转为字节数组,2将字节数组换成二进制字符串,3.处理字节数组转为使每个元素长度为8(长度不够的在前面添0),4.拼接数组为一个大字符串,  
//然后每6个长度为一组,最后一个如果长度不够,后面补0,每两个0记一个"=",并放入数组,5.最后将二进制字符串转为十进制,当做base64表中的下标找对应的值拼接起来,如果后面补0,则在后面拼接上"=",  
//最后可以直接返回字符串,或返回字符串的字节数组  
//解码过程就是倒着来  
  
  
// 5index列:\[25, 38, 61, 47, 24, 38, 5, 50, 12, 16\]  
// 4二进制字符串按6分组:\[011001, 100110, 111101, 101111, 011000, 100110, 000101, 110010, 001100, 010000\]  
// 3字符串转数组,按8补0后:\[01100110, 01101111, 01101111, 01100010, 01100001, 01110010, 00110001\]  
// 2字符串转数组:\[1100110, 1101111, 1101111, 1100010, 1100001, 1110010, 110001\]

// 1待解码的文字的字节数组:\[102, 111, 111, 98, 97, 114, 49\]

/\*\*  
 \* Base 64 编码规则:  
 \* 1. 将byte数组的值转为二进制并放入数组,将数组中的每个元素的长度变成8个bit位,(即如果长度是6,则在值前面补两个0),最后按顺序拼接成一个完整的字符串  
 \* 2.将字符串以6位分组,不足的,要在末尾补0,达到6的倍数(记下补0的次数)  
 \* 3.将 每个分组的字符串拿出来,转为十进制以这个为下标,去查表,取得所需的对应编码值  
 \* 4.将值(可以拼接成字符串,也可以byte数组的形式返回)如果第二部在末尾补0了,每补"00",就在值后拼接一个'='  
 \* @param binaryStrArr  
 \* @return

\*/

根据根据rfc 4648和rfc 2045

package com.util.math;
    
    import java.util.Arrays;
    
    
    import com.util.ArrayUtil;
    import com.util.StringUtil;
    
    /**
     * TODO 暂时不支持中文的编码转换
     * @author Administrator
     *
     */
    public class Base64 {
    	/**
    	 * Base 64值参考表
    	     值	编码 	    值	编码        值 编码	值     编码
    	  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   
    	 */                     
    	
    	//根据rfc 4648和rfc 2045
    	private static final byte[] STANDARD_ENCODE_TABLE = {
                'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M',
                'N', 'O', 'P', 'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z',
                'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm',
                'n', 'o', 'p', 'q', 'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z',
                '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '+', '/'
        };
    											
    	public static void main(String[] args) {
    		String encode = Encoder.encode("中");
    		//System.out.println(encode);
    		//String decode = Decoder.decode("dGVzdHRlc3R0ZXN0dGVzdA==");
    		//System.out.println(decode);
    		System.out.println(new String(Base64_2.getEncoder().encode("测试测试".getBytes())));
    	}
    	
    	
    //编码实例:"foobar1",请按标注的数字从1-5看,1.将字符串转为字节数组,2将字节数组换成二进制字符串,3.处理字节数组转为使每个元素长度为8,4.拼接数组为一个大字符串,
    //	然后每6个长度为一组,最后一个如果长度不够,后面补0,每两个0记一个"=",并放入数组,5.最后将二进制字符串转为十进制,当做base64表中的下标找对应的值拼接起来,如果后面补0,则在后面拼接上"=",
    //	最后可以直接返回字符串,或返回字符串的字节数组
    	//解码过程就是倒着来
    
    // 5	index列:[25, 38, 61, 47, 24, 38, 5, 50, 12, 16]
    // 4	二进制字符串按6分组:[011001, 100110, 111101, 101111, 011000, 100110, 000101, 110010, 001100, 010000]
    // 3	字符串转数组,按8补0后:[01100110, 01101111, 01101111, 01100010, 01100001, 01110010, 00110001]
    // 2	字符串转数组:[1100110, 1101111, 1101111, 1100010, 1100001, 1110010, 110001]
    // 1	待解码的文字的字节数组:[102, 111, 111, 98, 97, 114, 49]
    	
    	
    	
    	public static class Encoder{
    		
    		public static String encode(String str){
    //			System.out.println("待编码的文字的字节数组:"+Arrays.toString(str.getBytes()));
    			return encode(str.getBytes());
    		}
    		
    		public static String encode(byte[] b){
    			String strArr [] = new String[b.length];
    			for (int i = 0; i < b.length; i++) {
    				strArr[i] = DecimalConversion.decimalToOther(2, String.valueOf((byte)b[i] & 0xff));//& 0xff(1111 1111)实际上是将负数转为显示成不考虑符号位的负数的补码形式,正数不受影响 }
    			String encodeByte = encode0(strArr);
    			return encodeByte;
    			
    		}
    		
    		public static byte[] encodeByte(String str){
    			return encode(str).getBytes();
    		}
    		
    		public static byte[] encodeByte(byte[] b){
    			return encode(b).getBytes();
    		}
    		
    		/**
    		 * Base 64 编码规则:
    		 * --:错误1.将byte数组中的值转为二进制,将所有二进制数的长度相加,看长度是否为8的倍数,如果不足,则在每个数组元素的二进制前面补0,直到长度满足8的倍数
    		 * 1. 将byte数组的值转为二进制并放入数组,将数组中的每个元素的长度变成8个bit位,(即如果长度是6,则在值前面补两个0),最后按顺序拼接成一个完整的字符串
    		 * 2.将字符串以6位分组,不足的,要在末尾补0,达到6的倍数(记下补0的次数)
    		 * 3.将 每个分组的字符串拿出来,转为十进制以这个为下标,去查表,取得所需的对应编码值
    		 * 4.将值(可以拼接成字符串,也可以byte数组的形式返回)如果第二部在末尾补0了,每补"00",就在值后拼接一个'='
    		 * @param binaryStrArr
    		 * @return
    		 */
    		private static String encode0(String [] binaryStrArr){//二进制字符串   //int类型最大是32位
    			int len = 0;//标记第二部,以6分组加 0 的次数
    			String binaryStr = "";
    			int strArrLength = StringUtil.getStringArrLength(binaryStrArr);
    //			System.out.println("字符串转数组:"+ Arrays.toString(binaryStrArr));
    			//将二进制的编码,以8位为一组,//不足的前面补0
    			for (int i = 0; i < binaryStrArr.length; i++) {
    				binaryStrArr[i] = StringUtil.addZeroFirst(binaryStrArr[i], 8);
    			}
    			binaryStr = StringUtil.getLongStrToStrArr(binaryStrArr);
    			//分成6 位一组的字符串,不足末尾补0
    			
    			int mod6 = binaryStr.length()%6;
    			if(mod6 != 0){
    				len = 6 - mod6;
    				binaryStr = binaryStr.concat(StringUtil.addZero(len));
    			}
    			//按6个长度分组
    			String[] splitForNum = StringUtil.splitForLength(binaryStr, 6);
    			StringBuffer sbf = new StringBuffer();
    			int lastLen = len/2;
    			//byte [] result = new byte[splitForNum.length + lastLen];
    			for (int i = 0; i < splitForNum.length; i++) {//将截取的二进制字符串 转十进制
    				int index = Integer.valueOf( DecimalConversion.otherToDecimal(2, splitForNum[i]));
    				sbf.append((char)STANDARD_ENCODE_TABLE[index]);
    			}
    			//每加 00;则输出结果 加 =
    			for (int i = splitForNum.length; i < splitForNum.length + lastLen; i++) {
    				sbf.append('=');
    			}
    			
    //			System.out.println("字符串转数组,按8补0后:"+ Arrays.toString(binaryStrArr));
    //			System.out.println("二进制字符串按6分组后:"+ Arrays.toString(splitForNum));
    			return sbf.toString();
    			
    		}
    		
    	}
    	
    	
    	public static class Decoder{
            
            /**
             *4. 将前面得到的字符串进行按8分组,并去除前面多余的0(不去也行)
             *5. 将每个二进制元素转为十进制,并放入byte数组,(可以直接返回数组,也可以拼接成字符串返回)
             * 
             * @param str
             */
            public static byte[] decodeByte(String str){
                String longStr = decode0(str);
                //按8分组
                String[] binaryEightStr = StringUtil.splitForLength(longStr, 8);
    //            System.out.println("字符串转数组,按8补0后:"+Arrays.toString(binaryEightStr));
                byte [] b = new byte[binaryEightStr.length]; 
                for (int i = 0; i < binaryEightStr.length; i++) {
                    binaryEightStr[i] = StringUtil.removeStartingNumStr(binaryEightStr[i], 0);//去除前面多余的0
                    //转为十进制
                    int decimalValue = Integer.valueOf(DecimalConversion.otherToDecimal(2, binaryEightStr[i]));
                    b[i] = (byte) decimalValue;
                }
    //            System.out.println("字符串转数组:"+Arrays.toString(binaryEightStr));
    //            System.out.println("待解码的文字的字节数组:"+Arrays.toString(b));
                return b;
                //return new Strng(b);//TODO //不能随便new String,必须先getBytes(),然后在new String(),不然得到的字节数组前后会不一致,不然会出现异想不到的后果
            }
            
            
            
            public static byte[] decodeByte(byte[] b){
                return decodeByte(new String(b));
            }
            
            
            
            /**
             * 1. 去除字符串中的"=",并记录下"="出现的次数
             * 2. 去除后的字符串,分成字符串数组,每个值去查 base64标准表,得到对应的下标索引,放入到一个数组中
             * 3. 将数组拼接成一个完整的二进制字符串,并且去除末尾多余的0(通过"="出现的次数*2)
             * @param bytes
             * @return
             */
            private static String decode0(String str){
                int indexOf = str.indexOf("=");
                int equalsCount = 0;
                if(indexOf != -1){
                    str = str.substring(0, indexOf);
                    equalsCount = str.length() - indexOf;
                }
                
                byte[] bytes = str.getBytes();
                
                String[] strArr = new String[bytes.length]; 
                String[] binaryStrArr = new String[bytes.length]; 
                for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
                    //返回 -1 的原因,二分查找,要求查找的数组是有序的....
                    //strArr[i]= String.valueOf(Arrays.binarySearch(STANDARD_ENCODE_TABLE, bytes[i]));//查找对应编码的下标
                    strArr[i] = String.valueOf(ArrayUtil.searchIndex(STANDARD_ENCODE_TABLE, bytes[i]));//
                    String strIndex = DecimalConversion.decimalToOther(2, strArr[i]);
                    binaryStrArr[i] = StringUtil.addZeroFirst(strIndex, 6);
                }
    //            System.out.println("index列:"+Arrays.toString(strArr));
    //            System.out.println("二进制字符串按6分组:"+Arrays.toString(binaryStrArr));
                String longStr = StringUtil.getLongStrToStrArr(binaryStrArr);
                longStr.substring(0,longStr.length() - (equalsCount << 1));//去除末尾添加的0//equals *  2
                return longStr;
            }
            
        }
        
    
    	
    }

用到的自定义String工具类:

package com.util;
    import java.lang.String;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Arrays;
    import java.util.List;
    
    public class StringUtil{
    	
    	
    	/**
    	 * 返回string 的单个字符的String 数组形式,而不是字符数组形式
    	 * @param str
    	 * @return
    	 */
    	public static String[] getStrings(String str){
    		int j = str.length();
    		String [] strArr = new String[j];
    		for (int i = 0; i < j; i++) {
    			strArr[i] = str.substring(i, i + 1);
    		}
    		return strArr;
    	}
    	
    	/**
    	 * 反转
    	 * @param result
    	 * @return
    	 */
    	public static String reverse(String result) {
    		StringBuffer sbf  = new StringBuffer();
    		for (int i = 0,j = result.length(); i < j; i++) {
    			sbf.append(result.substring(j-i-1,j-i));
    		}
    		return sbf.toString();
    	}
    	
    	/**
    	 * 获得反转的单个字符的字符串数组
    	 * @param str
    	 * @return
    	 */
    	public static String[] getStringsReverse(String str){
    		return getStrings(reverse(str));
    	}
    	
    	/**
    	 * 返回传入的数量的"0"字符串
    	 * @param size
    	 * @return
    	 */
    	public static String addZero(int size){
    		StringBuffer sbf = new StringBuffer();
    		for (int i = 0; i < size; i++) {
    			sbf.append("0");
    		}
    		return sbf.toString();
    	}
    	
    	/**
    	 * 根据位数自动添加缺少的0,将0补在开头
    	 * 补全二进制的0
    	 * @param size
    	 * @return	返回补全后的字符串
    	 */
    	public static String addZeroFirst(String str,int num){
    		int mod = str.length() % num;
    		int len = 0;
    		if(mod == 0) return str;
    		else if(mod != 0) len = num - mod;
    		StringBuffer sbf = new StringBuffer();
    		for (int i = 0; i < len; i++) {
    			sbf.append("0");
    		}
    		return sbf.toString().concat(str);
    	}
    	
    	/**
    	 * 根据位数自动添加缺少的0,将0补在结尾
    	 * 补全二进制的0
    	 * @param size
    	 * @return	返回补全后的字符串
    	 */
    	public static String addZeroEnd(String str,int num){
    		return reverse(addZeroFirst(reverse(str), num));
    	}
    	
    	/**
    	 * 根据传入长度截取字符串,返回字符串数组
    	 * 注意,位数不够的请自行补0
    	 * @param str
    	 * @param num
    	 * @return
    	 */
    	public static String[] splitForLength(String str,int num){
    		/*int numValue = str.length() % num;
    		if(numValue != 0){
    			str = str.concat(addzero(num - numValue));
    		}*/
    		String []  strArr = new String[str.length() / num];
    		for (int i = 0; i < strArr.length; i++) {
    			strArr[i] = str.substring((0 + i)*num,(1 + i)*num);// 0,6 ; 6,12
    		}
    		return strArr;
    		
    	}
    	
    	/**
    	 * 获得string数组的数组各个元素的长度之和
    	 * @param strArr
    	 * @return
    	 */
    	public static int getStringArrLength(String[] strArr){
    		int count = 0;
    		for (String str : strArr) {
    			count += str.length();
    		}
    		return count;
    	}
    	
    	/**
    	 * 获得字符串数组的各个下标拼接的长字符串
    	 * @param strArr
    	 * @return
    	 */
    	public static String getLongStrToStrArr(String[] strArr){
    		return getLongStrToIndex(strArr,0,strArr.length);
    	}
    	
    	public static String getLongStrToIndex(String[] strArr,int endIndex){//index 索引,下标
    		return getLongStrToIndex(strArr, 0,endIndex);
    	}
    	
    	public static String getLongStrToIndex(String[] strArr,int startIndex,int endIndex){
    		String longStr = "";
    		for (int i = startIndex; i < endIndex; i++) {
    			longStr += strArr[i];
    		}
    		return longStr;
    	}
    	
    	public static boolean checkEmpty(String str){
    		if(null != str && !str.equals("")){
    			return false;
    		}
    		return true;
    	}
    	
    	/**
    	 * 去除以特定数字开头的子字符串,直到后面跟着的是其他子字符串,
    	 * 返回一个去除后的新字符串
    	 * 
    	 * @param str
    	 * @param num	单个数字,范围:0-9
    	 */
    	public static String removeStartingNumStr (String str,int num){
    		return removeStartingStr(str, String.valueOf(num));
    	}
    
    	/**
    	 * 去除以特定数字结尾的子字符串,直到前面跟着的是其他字符串
    	 * 返回一个去除后的新字符串
    	 * @param str
    	 * @param num
    	 * @return
    	 */
    	public static String removeEndingNumStr(String str,int num){
    		String removeStartingNumStr = removeStartingStr(reverse(str),String.valueOf(num));
    		return reverse(removeStartingNumStr);
    	}
    
    	/**
    	 * 去除以特定字符(注意:只能是单个字符)开头的子字符串,直到后面跟着的是其他子字符串,
    	 * 返回一个去除后的新字符串
    	 * @param str
    	 * @param childrenStr
    	 * @return
    	 */
    	public static String removeStartingStr (String str,String childrenStr){
    		String[] strings = getStrings(str);
    		Integer index = null;
    		for (int i = 0; i < strings.length; i++) {
    			if(strings[i].equals(childrenStr)){
    				index = i;
    			}else{
    				break;
    			}
    		}
    		if(null != index){
    			str = str.substring(index+1);
    		}
    		return str;
    	}
    	
    	/**
    	 * 去除以特定字符(注意:只能是单个字符)结尾的子字符串,直到前面跟着的是其他子字符串,
    	 * 返回一个去除后的新字符串
    	 * @param str
    	 * @param childrenStr
    	 * @return
    	 */
    	public static String removeEndingStr(String str,String childrenStr){
    		String removeStartingNumStr = removeStartingStr(reverse(str),childrenStr);
    		return reverse(removeStartingNumStr);
    	}
    
    }

数组工具类:

package com.util;
    
    public class ArrayUtil {
    	
    	/**
    	 * 无序数组的查找
    	 * 如果是有序的,Arrays.binarySearch()二分查找
    	 * @param b
    	 * @param key
    	 * @return	返回该元素在数组中的下标,如果有数组中要查询的值有多个,则返回第一次出现的索引
    	 * 			-1:表示数组中不存在该值
    	 */
    	public static int searchIndex(byte[] b,byte key){
    		byte[] b2 = {key};
    		String str = new String(b);
    		String keyStr = new String(b2);
    		if(str.contains(keyStr)){
    			return str.indexOf(keyStr);
    		}else{
    			return -1;
    		}
    	}
    	
    	/**
    	 * 无序数组的查找
    	 * 如果是有序的,Arrays.binarySearch()二分查找
    	 * @param b
    	 * @param key
    	 * @return	返回该元素在数组中的下标,如果有数组中要查询的值有多个,则返回第一次出现的索引
    	 * 			-1:表示数组中不存在该值
    	 */
    	public static int searchIndex2(byte[] b,byte key){
    		for (int i = 0; i < b.length; i++) {
    			if(b[i] == key){
    				return i;
    			}
    		}
    		return -1;
    	}
    
    }

自定义实现的DecimalConversion工具类,在上篇进制转换类中有[https://blog.csdn.net/kzcming/article/details/79649639][https_blog.csdn.net_kzcming_article_details_79649639]

java Base64主要实现有:

1.java8.0 中 java.util.Base64 效率较高

2.java8 中的sun.misc.BASE64Decoder和Base64Encoder,因为支持不是很好,以后可能会废弃

3.java6中隐藏较深的javax.xml.bind.DatatypeConverter有两个静态方法:parseBase64Binary和 printBase64Binary

其他三方实现

4.apache的commons-codec  的jar包的org.apache.commons.codec.binary.Base64

5.便是Google Guava库里面的com.google.common.io.BaseEncoding.base64() 这个静态方法；

6是net.iharder.Base64，这个jar包就一个类；

7.号称Base64编码速度最快的MigBase64，

#####  #####

**& 0xff 具体解释:**