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目录

• • 一、Base64诞生背景
  • 二、Base64的前缀
  • 三、Base64定义
  • 四、Base64原理
  • • 1.ASCII码转Base64（字节数 % 3 == 0）
    • 2.ASCII码转Base64（字节数 % 3 == 2）
    • 3.ASCII码转Base64（字节数 % 3 == 1）
    • 4.UTF-8转Base64
  • 五、Java实现Base64编解码
  • • 1.方法一：DatatypeConverter（JDK6）
    • 2.方法二：Base64（JDK8）
    • 3.方法三：commons工具包
  • 六、总结
  • 七、补充：JS实现Base64编解码
  • 八、推荐：在线Base64编解码工具网站

Base64 在线编码/解码：https://base64.us/

一、Base64诞生背景

• 互联网发展早期，电子邮件是最有效的应用。
• 电子邮件的SMTP传输协议在早期，只能用于传送 7 位的ASCII码，而ASCII码就是基于英语设计的，对于非英语国家的文字等资源就无法发送。
• 为了解决这个问题，后来有了通用互联网邮件扩充协议MIME，这是一种用于在互联网上传输数据的标准，增加了邮件主题结构，定义了邮件、文本、音频、图像和多媒体文件等非ASCII码的编码传输规则。
• Base64是MIME的一种编码方式。MIME规范中定义了Base64编码作为一种可靠的方式，用于在文本协议中表示二进制数据。通过使用Base64编码，可以将二进制数据转换为可打印字符，从而保证数据在传输过程中不受损失，并且能够被各种文本协议（如SMTP、HTTP）正确处理。
• 在MIME中，当需要在文本协议中传输二进制数据（如邮件附件或图片数据）时，通常会将数据先进行Base64编码，然后将编码后的数据作为文本内容进行传输。

二、Base64的前缀

文件转换为Base64编码时，通常会包含一个前缀，用来指示数据的MIME类型以及可能的文件名。这个前缀遵循特定的格式，一般形如：

data:[][;charset=][;base64],。

其中，各部分释义如下：

• <mime-type>表示文件的媒体类型；
• <charset>（可选）指定字符集；
• <base64-data>是文件内容经过Base64编码后的字符串。

以下是一些常见的文件类型及其对应的MIME类型前缀示例，用于构造Base64编码的字符串：

• PDF文件：

data:application/pdf;base64,<base64-encoded-data>

• 图像文件 - JPEG：

data:image/jpeg;base64,<base64-encoded-data>

• 图像文件 - PNG：

data:image/png;base64,<base64-encoded-data>

• 文本文件 - TXT：

data:text/plain;charset=utf-8;base64,<base64-encoded-data>

• HTML文件：

data:text/html;charset=utf-8;base64,<base64-encoded-data>

• SVG矢量图：

data:image/svg+xml;base64,<base64-encoded-data>

• 音频文件 - MP3：

data:audio/mpeg;base64,<base64-encoded-data>

• 视频文件 - MP4：

data:video/mp4;base64,<base64-encoded-data>

注意：在上述示例中，<base64-encoded-data>部分是文件内容经过Base64编码后的字符串。此外，filename=参数可以在某些情况下附加到数据URI中以指定建议的文件名，但这不是标准Base64编码格式的一部分，且浏览器可能不会直接使用此参数保存文件时。例如：

data:application/pdf;filename=generated.pdf;base64,<base64-encoded-data>

这个格式常用于将文件内容直接嵌入HTML、CSS或JavaScript中，以便在网络传输时无需额外的HTTP请求，或者在某些API交互中作为文件内容的携带形式。

三、Base64定义

Base64是一种用64个字符（a-z, A-Z, 0-9, +, /）来表示任意二进制数据的方法。

Base64是一种索引编码，由于 2^6=64，所以每 6 个比特为一个单元，对应某个可打印字符,每个字符都对应一个索引。

索引和打印字符的对应关系如下：

四、Base64原理

Base64编码要求把 3 个 8 位的字节（3*8=24）转化为 4 个 6 位的字节（4*6=24），之后在 6 位的前面补两个 0，形成 8 位一个字节的形式。 如果剩下的字符不足 3 个字节，则用 0 填充，输出字符使用=，因此编码后输出的文本末尾可能会出现 1 或 2 个 =。

为了保证所输出的编码位可读字符，Base64制定了一个编码表，以便进行统一转换。编码表的大小为2^6=64，这也是Base64名称的由来。

1.ASCII码转Base64（字节数 % 3 == 0）

ASCII是8位一个字节，Base64是6位一个字节，

3个字节的ASCII编码刚好等于4个字节的Base64编码，3 * 8 = 4 * 6 = 24

示例：

• ASCII编码：you
• Base64编码：eW91

2.ASCII码转Base64（字节数 % 3 == 2）

ASCII是8位一个字节，Base64是6位一个字节，

2个字节的ASCII编码补2位零等于3个字节的Base64编码，不足4个字节的Base64编码使用 = 代替一个字节来补齐，2 * 8 + 2 = 3 * 6 = 18

示例：

• ASCII编码：yo
• Base64编码：eW8=

3.ASCII码转Base64（字节数 % 3 == 1）

ASCII是8位一个字节，Base64是6位一个字节，

1个字节的ASCII编码补4位零等于2个字节的Base64编码，不足4个字节的Base64编码使用 = 代替一个字节来补齐，1 * 8 + 4 = 2 * 6 = 12

示例：

• UTF8编码：y
• Base64编码：eQ==

4.UTF-8转Base64

UTF-8是8位一个字节，Base64是6位一个字节，

UTF-8里中文是三个字节，所以一个UTF-8编码的中文刚好可以转换为4个字节的Base64编码。3 * 8 = 4 * 6 = 24

示例：

• ASCII编码：中
• Base64编码：5Lit

首先，由于系统中默认字符串的编码格式为unicode，需要将字符串中转换为utf-8格式的二进制数组：

/** * 字节数组 转 二进制字符串 * @param bytes 高位 到 低位 * @return 二进制字符串 */ public static String byteToBinStr2(byte[] bytes) { StringBuilder s1 = new StringBuilder(); for (byte aByte : bytes) { s1.append(Long.toBinaryString((aByte & 0xFF) + 0x100).substring(1)); } return s1.toString(); } public static void main(String[] args) { System.out.println(byteToBinStr2("中".getBytes(StandardCharsets.UTF_8))); }

执行结果：

每8位1字节分隔得到：

11100100 10111000 10101101

Base64编码：

五、Java实现Base64编解码

1.方法一：DatatypeConverter（JDK6）

使用 jdk 自带的DatatypeConverter.java类实现，但是 jdk 版本必须 >=1.6。

import java.io.UnsupportedEncodingException; import javax.xml.bind.DatatypeConverter;

编码：

/** * base64 编码（方法一） * @explain DatatypeConverter.java实现 * @param str 待编码字符串 * @return 编码字符串 */ public static String encode(String str) { // base64字符串 String base64Str = ""; try { // 非字符串才进行编码 if (str != null && str.length() > 0) { // String 转 byte[] byte[] bytes = str.getBytes("utf-8"); // 编码 base64Str = DatatypeConverter.printBase64Binary(bytes); } } catch (UnsupportedEncodingException e) { e.printStackTrace(); } return base64Str; }

解码：

/** * base解码（方法一） * @explain DatatypeConverter.java实现 * @param base64Str 待解码字符串 * @return 解码字符串 */ public static String decode(String base64Str) { // 解码后的字符串 String str = ""; // 非空字符串才进行解码 if (base64Str != null && base64Str.length() > 0) { // 解码 byte[] base64Bytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary(base64Str); try { // byte[] 转 String str = new String(base64Bytes, "utf-8"); } catch (UnsupportedEncodingException e) { e.printStackTrace(); } } return str; }

测试代码：

public static void main(String[] args) { String s = "y"; String base64Str = encode2(s); System.out.println("原文：" + s); System.out.println("base64编码后（方法一）：" + base64Str); System.out.println("base64解码后（方法一）：" + decode2(base64Str)); }

执行结果：

2.方法二：Base64（JDK8）

使用 jdk 自带的Base64.java类实现，但是 jdk 版本必须 >=1.8。

import java.util.Base64; import java.nio.charset.StandardCharsets;

编码：

/** * base64编码（方法二） * @explain Base64.java实现 * @param str 待编码字符串 * @return 编码字符串 */ public static String encode2(String str) { // 非空字符串才进行编码 if (str != null && str.length() > 0) { // String 转 byte[] byte[] bytes = str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8); // 编码（base64字符串） return Base64.getEncoder().encodeToString(bytes); } return ""; }

解码：

/** * base64解码（方法二） * @explain Base64.java实现 * @param base64Str 待解码字符串 * @return 解码字符串 */ public static String decode2(String base64Str) { // 非空字符串才进行解码 if (base64Str != null && base64Str.length() > 0) { // 编码 byte[] base64Bytes = Base64.getDecoder().decode(base64Str); // byte[] 转 String（解码后的字符串） return new String(base64Bytes, StandardCharsets.UTF_8); } return ""; }

测试代码：

public static void main(String[] args) { String s = "y"; String base64Str = encode2(s); System.out.println("原文：" + s); System.out.println("base64编码后（方法二）：" + base64Str); System.out.println("base64解码后（方法二）：" + decode2(base64Str)); }

执行结果：

3.方法三：commons工具包

<dependency> <groupId>commons-codec</groupId> <artifactId>commons-codec</artifactId> <version>1.15</version> </dependency>

import org.apache.commons.codec.binary.Base64; import java.nio.charset.StandardCharsets;

编码：

/** * base64编码（方法三） * @explain commons工具包实现 * @param str 待编码字符串 * @return 编码字符串 */ public static String encode3(String str) { // 非空字符串才进行编码 if (str != null && str.length() > 0) { // String 转 byte[] byte[] bytes = str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8); // 编码（base64字符串） return Base64.encodeBase64String(bytes).replaceAll(" \r\n", ""); } return ""; }

解码：

/** * base64解码（方法三） * @explain commons工具包实现 * @param base64Str 待解码字符串 * @return 解码字符串 */ public static String decode3(String base64Str) { // 非空字符串才进行解码 if (base64Str != null && base64Str.length() > 0) { // 解码 byte[] base64Bytes = Base64.decodeBase64(base64Str); // byte[] 转 String（解码后的字符串） return new String(base64Bytes, StandardCharsets.UTF_8); } return ""; }

测试代码：

public static void main(String[] args) { String s = "y"; String base64Str = encode3(s); System.out.println("原文：" + s); System.out.println("base64编码后（方法三）：" + base64Str); System.out.println("base64解码后（方法三）：" + decode3(base64Str)); }

执行结果：

六、总结

执行结果：方法一、方法二、方法三一致

效率：快–>慢：方法二 > 方法一 > 方法三

因此，如果项目用的是jdk1.8，最佳选择是方法二；jdk1.6，最佳选择是方法一。

七、补充：JS实现Base64编解码

JavaScript 提供了两个原生的方法，用来处理Base64编码：btoa()和atob()

• btoa()：Base64编码。
• atob()：Base64解码。

以上两个方法如果操作的字符串不是 ASCII 编码会报错：

例如：btoa('中')

VM707:1 Uncaught DOMException: Failed to execute ‘btoa’ on ‘Window’: The string to be encoded contains characters outside of the Latin1 range.

可以使用这两个方法，将非ASCII码的字符作为URI组件进行编码，然后再进行Base64编码。

• encodeURIComponent()：作为URI组件进行编码。
• decodeURIComponent()：作为URI组件进行解码。

综上所述，适用于所有情况（ASCII码+非ASCII码）的Base64编解码方法如下：

• btoa(encodeURIComponent(待编码内容))：Base64 编码。
• decodeURIComponent(atob(待解码内容))：Base64 解码。

注意：这种方法和UTF-8格式的加密不能通用。

执行结果：

八、推荐：在线Base64编解码工具网站

• 1）十六进制编解码网址：https://base64.us/
  
• 2）文件字节流编解码网址：https://www.btool.cn/base64-file-converter
  

整理完毕，完结撒花~ 🌻

参考地址：

1.Base64编码知识详解，https://baijiahao.baidu.com/s?id=1735577033729027737&wfr=spider&for=pc

2.什么是base64，https://zhuanlan.zhihu.com/p/76666060

3.Base64 编码/解码 | 菜鸟工具，https://c.runoob.com/front-end/693/

4.java base64编码、解码的三种方式，https://blog.51cto.com/u_15964717/6093954

5.文件转base64有哪些前缀格式，https://blog.csdn.net/ivan5277/article/details/139649480

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