Base64编码理解与实现（编码图片）

基础

Base64是一种数据编码方式，目的是让数据符合传输协议的要求。

在项目中，将报文进行压缩、加密后，最后一步必然是使用base64编码，因为base64编码的字符串，更适合不同平台、不同语言的传输；

这算法是编码, 不是压缩, 编码后只会增加字节数;（比之前多3分之一，如之前是3，编码后是4）

算法简单, 几乎不会影响效率;

算法可逆, 解码很方便, 不用于私密信息通信;

虽然解码方便, 但毕竟编码了, 肉眼还是不能直接看出原始内容;

加密后的字符串只有[0-9a-zA-Z+/=], 不可打印字符(包括转移字符)也可传输;

公钥证书也好，电子邮件数据也好，经常要用到Base64编码，那么为什么要作一下这样的编码呢？

我们知道在计算机中任何数据都是按ascii码存储的，而ascii码的128～255之间的值是不可见字符。

而在网络上交换数据时，比如说从A地传到B地，往往要经过多个路由设备，

由于不同的设备对字符的处理方式有一些不同，这样那些不可见字符就有可能被处理错误，这是不利于传输的。

所以就先把数据先做一个Base64编码，统统变成可见字符，这样出错的可能性就大降低了。

使用场景：

1、对证书来说，特别是根证书，一般都是作Base64编码的，因为它要在网上被许多人下载。

2、电子邮件的附件一般也作Base64编码的，因为一个附件数据往往是有不可见字符的。

3、比如http协议当中的key value字段的值，必须进行URLEncode ，

因为一些特殊符号（等号或者空格）是有特殊含义的，造成混淆，解析失败，那么需要把这些值统一处理为可见字符，传输完再解析回来。

xml格式的文件中如果想嵌入另一个xml文件。直接嵌入，那么各种标签（有两套xml标签）就混乱了，不容易被解析。怎么办？

    1，把另一个xml编译成字节数组转换成逗号隔开的字符串。
    2，编译成可见字符。
    结果：2好些。因为1消耗的空间比原来多一倍，而2只是多三分之一。

网页中一些小图片可以直接以base64编码的方式嵌入。不用再用链接请求消耗资源。

很多比较老的协议还是只支持纯文本的,比如SMTP协议。
有时在一些特殊应用的场合，大多数消息是纯文本的，偶尔需要用这条纯文本通道传一张图片之类的情况发生的时候,就会用到base64

http虽然也是纯文本协议，但是http有针对二进制数据做特殊的规定（mime），所以用http直接传输二进制数据是可行的。
但是有些特殊情况，比如返回需要在json内部之类的。

总结

数据存储通过ascii码，ascii码128-255是不可见字符。而传输数据过程中通过不同的路由，不同路由可能对不可见字符处理不一样，造成数据丢失。

base64编码，将数据转换为可见字符，因此更加适用于不同平台，不同语言。

实践 对图片进行base64编码

/**
         * FastByteArrayOutputStream 是一个缓存空间，内部为ArrayDeque速度较快 （存储空间连续）
         * ByteArrayOutputStream 内部为 linkedArrayList
         */
        FastByteArrayOutputStream fastByteArrayOutputStream = new FastByteArrayOutputStream();

        //验证码图片写入，转换为字节数组
ImageIO.write(captchaImage,"jpg",fastByteArrayOutputStream);

        AjaxResult ajax = AjaxResult.success();
        ajax.put("uuid",uuid);
        // base64对图片进行编码，将不可见字符，编码成可见字符
        ajax.put("img", Base64.encode(fastByteArrayOutputStream.toByteArray()));

base64对图片进行编码，将不可见字符，编码成可见字符将json数据返回给前端

this.imageUrl = "data:image/gif;base64," + res.img;

前端子需要添加字符串，即可变成url。

base64 工具类

public class Base64 {

    static private final int BASELENGTH = 128;
    static private final int LOOKUPLENGTH = 64;
    static private final int TWENTYFOURBITGROUP = 24;
    static private final int EIGHTBIT = 8;
    static private final int SIXTEENBIT = 16;
    static private final int FOURBYTE = 4;
    static private final int SIGN = -128;
    static private final char PAD = '=';
    static final private byte[] base64Alphabet = new byte[BASELENGTH];
    static final private char[] lookUpBase64Alphabet = new char[LOOKUPLENGTH];

    static {
        for (int i = 0; i < BASELENGTH; ++i) {
            base64Alphabet[i] = -1;
        }
        for (int i = 'Z'; i >= 'A'; i--) {
            base64Alphabet[i] = (byte) (i - 'A');
        }
        for (int i = 'z'; i >= 'a'; i--) {
            base64Alphabet[i] = (byte) (i - 'a' + 26);
        }

        for (int i = '9'; i >= '0'; i--) {
            base64Alphabet[i] = (byte) (i - '0' + 52);
        }

        base64Alphabet['+'] = 62;
        base64Alphabet['/'] = 63;

        for (int i = 0; i <= 25; i++) {
            lookUpBase64Alphabet[i] = (char) ('A' + i);
        }

        for (int i = 26, j = 0; i <= 51; i++, j++) {
            lookUpBase64Alphabet[i] = (char) ('a' + j);
        }

        for (int i = 52, j = 0; i <= 61; i++, j++) {
            lookUpBase64Alphabet[i] = (char) ('0' + j);
        }
        lookUpBase64Alphabet[62] = (char) '+';
        lookUpBase64Alphabet[63] = (char) '/';
    }

    private static boolean isWhiteSpace(char octect) {
        return (octect == 0x20 || octect == 0xd || octect == 0xa || octect == 0x9);
    }

    private static boolean isPad(char octect) {
        return (octect == PAD);
    }

    private static boolean isData(char octect) {
        return (octect < BASELENGTH && base64Alphabet[octect] != -1);
    }

    /**
     * Encodes hex octects into Base64
     *
     * @param binaryData Array containing binaryData
     * @return Encoded Base64 array
     */
    public static String encode(byte[] binaryData) {
        if (binaryData == null) {
            return null;
        }

        int lengthDataBits = binaryData.length * EIGHTBIT;
        if (lengthDataBits == 0) {
            return "";
        }

        int fewerThan24bits = lengthDataBits % TWENTYFOURBITGROUP;
        int numberTriplets = lengthDataBits / TWENTYFOURBITGROUP;
        int numberQuartet = fewerThan24bits != 0 ? numberTriplets + 1 : numberTriplets;
        char encodedData[] = null;

        encodedData = new char[numberQuartet * 4];

        byte k = 0, l = 0, b1 = 0, b2 = 0, b3 = 0;

        int encodedIndex = 0;
        int dataIndex = 0;

        for (int i = 0; i < numberTriplets; i++) {
            b1 = binaryData[dataIndex++];
            b2 = binaryData[dataIndex++];
            b3 = binaryData[dataIndex++];

            l = (byte) (b2 & 0x0f);
            k = (byte) (b1 & 0x03);

            byte val1 = ((b1 & SIGN) == 0) ? (byte) (b1 >> 2) : (byte) ((b1) >> 2 ^ 0xc0);
            byte val2 = ((b2 & SIGN) == 0) ? (byte) (b2 >> 4) : (byte) ((b2) >> 4 ^ 0xf0);
            byte val3 = ((b3 & SIGN) == 0) ? (byte) (b3 >> 6) : (byte) ((b3) >> 6 ^ 0xfc);

            encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[val1];
            encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[val2 | (k << 4)];
            encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[(l << 2) | val3];
            encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[b3 & 0x3f];
        }

        // form integral number of 6-bit groups
        if (fewerThan24bits == EIGHTBIT) {
            b1 = binaryData[dataIndex];
            k = (byte) (b1 & 0x03);
            byte val1 = ((b1 & SIGN) == 0) ? (byte) (b1 >> 2) : (byte) ((b1) >> 2 ^ 0xc0);
            encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[val1];
            encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[k << 4];
            encodedData[encodedIndex++] = PAD;
            encodedData[encodedIndex++] = PAD;
        } else if (fewerThan24bits == SIXTEENBIT) {
            b1 = binaryData[dataIndex];
            b2 = binaryData[dataIndex + 1];
            l = (byte) (b2 & 0x0f);
            k = (byte) (b1 & 0x03);

            byte val1 = ((b1 & SIGN) == 0) ? (byte) (b1 >> 2) : (byte) ((b1) >> 2 ^ 0xc0);
            byte val2 = ((b2 & SIGN) == 0) ? (byte) (b2 >> 4) : (byte) ((b2) >> 4 ^ 0xf0);

            encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[val1];
            encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[val2 | (k << 4)];
            encodedData[encodedIndex++] = lookUpBase64Alphabet[l << 2];
            encodedData[encodedIndex++] = PAD;
        }
        return new String(encodedData);
    }

    /**
     * Decodes Base64 data into octects
     *
     * @param encoded string containing Base64 data
     * @return Array containind decoded data.
     */
    public static byte[] decode(String encoded) {
        if (encoded == null) {
            return null;
        }

        char[] base64Data = encoded.toCharArray();
        // remove white spaces
        int len = removeWhiteSpace(base64Data);

        if (len % FOURBYTE != 0) {
            return null;// should be divisible by four
        }

        int numberQuadruple = (len / FOURBYTE);

        if (numberQuadruple == 0) {
            return new byte[0];
        }

        byte decodedData[] = null;
        byte b1 = 0, b2 = 0, b3 = 0, b4 = 0;
        char d1 = 0, d2 = 0, d3 = 0, d4 = 0;

        int i = 0;
        int encodedIndex = 0;
        int dataIndex = 0;
        decodedData = new byte[(numberQuadruple) * 3];

        for (; i < numberQuadruple - 1; i++) {

            if (!isData((d1 = base64Data[dataIndex++])) || !isData((d2 = base64Data[dataIndex++]))
                    || !isData((d3 = base64Data[dataIndex++])) || !isData((d4 = base64Data[dataIndex++]))) {
                return null;
            } // if found "no data" just return null

            b1 = base64Alphabet[d1];
            b2 = base64Alphabet[d2];
            b3 = base64Alphabet[d3];
            b4 = base64Alphabet[d4];

            decodedData[encodedIndex++] = (byte) (b1 << 2 | b2 >> 4);
            decodedData[encodedIndex++] = (byte) (((b2 & 0xf) << 4) | ((b3 >> 2) & 0xf));
            decodedData[encodedIndex++] = (byte) (b3 << 6 | b4);
        }

        if (!isData((d1 = base64Data[dataIndex++])) || !isData((d2 = base64Data[dataIndex++]))) {
            return null;// if found "no data" just return null
        }

        b1 = base64Alphabet[d1];
        b2 = base64Alphabet[d2];

        d3 = base64Data[dataIndex++];
        d4 = base64Data[dataIndex++];
        if (!isData((d3)) || !isData((d4))) {// Check if they are PAD characters
            if (isPad(d3) && isPad(d4)) {
                if ((b2 & 0xf) != 0)// last 4 bits should be zero
                {
                    return null;
                }
                byte[] tmp = new byte[i * 3 + 1];
                System.arraycopy(decodedData, 0, tmp, 0, i * 3);
                tmp[encodedIndex] = (byte) (b1 << 2 | b2 >> 4);
                return tmp;
            } else if (!isPad(d3) && isPad(d4)) {
                b3 = base64Alphabet[d3];
                if ((b3 & 0x3) != 0)// last 2 bits should be zero
                {
                    return null;
                }
                byte[] tmp = new byte[i * 3 + 2];
                System.arraycopy(decodedData, 0, tmp, 0, i * 3);
                tmp[encodedIndex++] = (byte) (b1 << 2 | b2 >> 4);
                tmp[encodedIndex] = (byte) (((b2 & 0xf) << 4) | ((b3 >> 2) & 0xf));
                return tmp;
            } else {
                return null;
            }
        } else { // No PAD e.g 3cQl
            b3 = base64Alphabet[d3];
            b4 = base64Alphabet[d4];
            decodedData[encodedIndex++] = (byte) (b1 << 2 | b2 >> 4);
            decodedData[encodedIndex++] = (byte) (((b2 & 0xf) << 4) | ((b3 >> 2) & 0xf));
            decodedData[encodedIndex++] = (byte) (b3 << 6 | b4);

        }
        return decodedData;
    }

    /**
     * remove WhiteSpace from MIME containing encoded Base64 data.
     *
     * @param data the byte array of base64 data (with WS)
     * @return the new length
     */
    private static int removeWhiteSpace(char[] data) {
        if (data == null) {
            return 0;
        }

        // count characters that's not whitespace
        int newSize = 0;
        int len = data.length;
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            if (!isWhiteSpace(data[i])) {
                data[newSize++] = data[i];
            }
        }
        return newSize;
    }
}