Base64编码

Base64 编码：原理、应用与 Java 实现

Base64 是一种基于 64 个可打印字符（A-Z、a-z、0-9、+、/）来表示二进制数据的编码方式，它的核心作用是将二进制数据转换为文本格式，以便在仅支持文本传输的场景中安全传递（如 URL、邮件、XML 等）。

Base64 编码的核心原理

编码规则

字符集：使用 64 个固定字符，对应值为 0-63：
- A-Z（26 个）：对应 0-25
- a-z（26 个）：对应 26-51
- 0-9（10 个）：对应 52-61
- +：对应 62，/：对应 63
填充符：当二进制数据长度不是 3 的倍数时，用=填充（最多 2 个），确保编码后长度为 4 的倍数。

编码过程（以 3 字节数据为例）

将 3 字节二进制数据（共 24 位）拆分为 4 个 6 位分组（24 ÷ 6 = 4）。
每个 6 位分组对应 Base64 字符集中的一个字符（0-63）。
若数据长度不足 3 字节，剩余位数用 0 填充，并用=补足 4 个字符。

示例：编码字符串"AB"（2 字节）

二进制：01000001 01000010（16 位）
拆分为 3 个 6 位分组 + 剩余 4 位补 0：010000 010100 001000 000000
对应值：16、20、8、0 → 字符：QUJDAA==（最后两位用=填充）。

Base64 的应用场景

Base64 编码并非加密算法（编码过程可逆），主要用于二进制数据的文本化转换，典型场景包括：

数据传输：在仅支持文本的协议中传输二进制数据（如 HTTP 请求体、邮件附件）。
数据存储：将二进制数据（如图片、文件）以字符串形式存储（如数据库字段、配置文件）。
URL 安全：部分场景使用-和_替代+和/（避免 URL 特殊字符冲突），称为 Base64URL 编码。

Java 中的 Base64 编解码实现

Java 中常用的 Base64 工具类有两种：

Apache Commons Codec：第三方库（org.apache.commons.codec.binary.Base64）。
Java 8 内置：java.util.Base64（推荐，无需额外依赖）。

1. Apache Commons Codec 实现（示例代码）

需引入依赖：

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

编码与解码代码：

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

public class Base64Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String raw = "Base64编解码";
        System.out.println("原文：" + raw);

        // 编码：字符串 → 字节数组 → Base64字符串
        byte[] rawBytes = raw.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        String encoded = Base64.encodeBase64String(rawBytes);
        System.out.println("编码后：" + encoded); // 输出：QmFzZTY057yW6Kej56CB

        // 解码：Base64字符串 → 字节数组 → 字符串
        byte[] decodedBytes = Base64.decodeBase64(encoded);
        String decoded = new String(decodedBytes, StandardCharsets.UTF_8);
        System.out.println("解码后：" + decoded); // 输出：Base64编解码
    }
}

2. Java 8 内置 Base64 实现

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

public class JavaBase64Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String raw = "Base64编解码";
        System.out.println("原文：" + raw);

        // 编码
        Base64.Encoder encoder = Base64.getEncoder();
        byte[] rawBytes = raw.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        String encoded = encoder.encodeToString(rawBytes);
        System.out.println("编码后：" + encoded); // 输出：QmFzZTY057yW6Kej56CB

        // 解码
        Base64.Decoder decoder = Base64.getDecoder();
        byte[] decodedBytes = decoder.decode(encoded);
        String decoded = new String(decodedBytes, StandardCharsets.UTF_8);
        System.out.println("解码后：" + decoded); // 输出：Base64编解码
    }
}

Base64 的局限性

数据膨胀：编码后数据长度约为原数据的 1.33 倍（3 字节→4 字节），会增加传输 / 存储成本。
非加密性：Base64 是编码而非加密，任何人都可解码，不可用于保护敏感数据（需配合加密算法）。