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Java Base64 编码解析与使用

前言

Base64 是一种常见的编码方式，将二进制数据转化为文本形式，通常用于在网络传输中传递二进制数据或存储二进制数据到文本文件中。在 Java 中，我们可以使用内置的 Base64 类来进行 Base64 编码和解码操作。本文将介绍 Base64 编码的原理，讲解如何在 Java 中使用 Base64 编码和解码。

Base64 编码原理

Base64 编码使用 64 个可打印字符来表示二进制数据，每个字符占 6 个比特位。Base64 编码的原理是将每 3 个字节的二进制数据编码成 4 个字符，不足 3 个字节的数据根据填充规则进行填充。

Base64 字符表：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/

关于计算相关的数学公式：

字符串长度：len = length of input data
字节数：bytes = len / 4 * 3 - padding

假设输入的数据是 "Hello, World!"，将其转换成 Base64 编码的过程如下：

将每个字符转换成对应的 ASCII 码：H -> 72, e -> 101, l -> 108, l -> 108, o -> 111, , -> 44, (空格) -> 32, W -> 87, o -> 111, r -> 114, l -> 108, d -> 100, ! -> 33
将 ASCII 码转换成二进制形式：H -> 01001000, e -> 01100101, l -> 01101100, l -> 01101100, o -> 01101111, , -> 00101100, (空格) -> 00100000, W -> 01010111, o -> 01101111, r -> 01110010, l -> 01101100, d -> 01100100, ! -> 00100001
将 8 位的二进制数据分组成每 6 位一组：010010 000110 010101 101100 011011 000110 011011 110111 001011 000001 010111 011110 111010 011010 011001 000001
将 6 位的二进制数转换成对应的 Base64 字符：S, G y L s w x v P B V e + m E g E A

最终的 Base64 编码结果是 "SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=="

Java 中的 Base64 类

Java 8 引入了内置的 Base64 类，用于进行 Base64 编码和解码。在 Java 中，我们可以通过 java.util.Base64 类来使用 Base64 编码和解码功能。Base64 类提供了静态方法来进行编码和解码。

下面是使用 Base64 类进行编码和解码的示例代码：

import java.util.Base64;

public class Base64Example {
    public static void main(String[] args) {
        // 编码示例
        String text = "Hello, World!";
        byte[] encodedBytes = Base64.getEncoder().encode(text.getBytes());
        String encodedText = new String(encodedBytes);
        System.out.println("Base64 编码结果：" + encodedText);

        // 解码示例
        byte[] decodedBytes = Base64.getDecoder().decode(encodedText);
        String decodedText = new String(decodedBytes);
        System.out.println("Base64 解码结果：" + decodedText);
    }
}

在上面的代码中，我们首先将原始数据字符串转换为字节数组，然后通过 Base64.getEncoder().encode() 方法进行编码。编码后的数据是一个字节数组，我们可以将其转换回字符串输出。同样，我们也可以使用 Base64.getDecoder().decode() 方法进行解码操作。