Java Base64 编码

Base64 编码是一种常见的二进制到文本的编码方式，在 Java 中，它常用于加密、数据传输以及存储时的字符转换。Java 8 及以上版本提供了内置的 java.util.Base64 类，使得 Base64 编码和解码更加方便和高效。

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目录

1. Base64 编码简介
2. Java Base64 API
3. Base64 编码和解码示例
   • 基本 Base64 编码
   • URL Base64 编码
   • MIME Base64 编码
4. Base64 常见实践
5. Base64 最佳实践
6. 小结
7. 参考资料

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Base64 编码简介

Base64 是一种用于表示二进制数据的编码方式，常用于：

• 将二进制数据（如图片、文件）转换为文本格式，以便通过 JSON、XML、HTML 进行传输或存储。
• 在 URL、Cookie、JWT 令牌等环境下使用。
• 对数据进行简单的加密（但 Base64 不是加密算法，仅用于编码）。

Base64 将 3 个字节（24 位）的数据编码成 4 个 ASCII 字符，因此最终的 Base64 编码长度是原数据的 1.33 倍。

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Java Base64 API

Java 8 及以上版本提供了 java.util.Base64 类，该类包含 3 种基本编码器：

编码类型	说明
Base64.getEncoder()	标准 Base64 编码，适用于一般数据
Base64.getUrlEncoder()	URL 安全的 Base64 编码，避免 + 和 / 在 URL 传输时的特殊含义
Base64.getMimeEncoder()	适用于 MIME 格式的编码，通常用于邮件和 XML 数据

此外，每个编码器都有对应的解码器，例如 Base64.getDecoder()、Base64.getUrlDecoder() 和 Base64.getMimeDecoder()。

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Base64 编码和解码示例

基本 Base64 编码

import java.util.Base64;

public class Base64Example {
    public static void main(String[] args) {
        String original = "Hello, Base64 in Java!";
        
        // 编码
        String encoded = Base64.getEncoder().encodeToString(original.getBytes());
        System.out.println("Base64 编码: " + encoded);

        // 解码
        byte[] decodedBytes = Base64.getDecoder().decode(encoded);
        String decoded = new String(decodedBytes);
        System.out.println("Base64 解码: " + decoded);
    }
}

输出

Base64 编码: SGVsbG8sIEJhc2U2NCBpbiBKYXZhIQ==
Base64 解码: Hello, Base64 in Java!

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URL Base64 编码

场景：用于 URL 参数、JWT 令牌等，避免 + 和 / 在 URL 传输时的特殊含义。

import java.util.Base64;

public class UrlBase64Example {
    public static void main(String[] args) {
        String url = "https://example.com/?query=hello+world";
        
        // 编码
        String encodedUrl = Base64.getUrlEncoder().encodeToString(url.getBytes());
        System.out.println("URL 安全 Base64 编码: " + encodedUrl);

        // 解码
        byte[] decodedBytes = Base64.getUrlDecoder().decode(encodedUrl);
        String decodedUrl = new String(decodedBytes);
        System.out.println("URL 安全 Base64 解码: " + decodedUrl);
    }
}

输出

URL 安全 Base64 编码: aHR0cHM6Ly9leGFtcGxlLmNvbS8_cXVlcnk9aGVsbG8rd29ybGQ=
URL 安全 Base64 解码: https://example.com/?query=hello+world

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MIME Base64 编码

场景：适用于电子邮件、XML 数据，支持每 76 个字符换行。

import java.util.Base64;

public class MimeBase64Example {
    public static void main(String[] args) {
        String longText = "This is a long text that should be split into multiple lines when encoded using MIME Base64.";
        
        // 编码
        String encodedMime = Base64.getMimeEncoder().encodeToString(longText.getBytes());
        System.out.println("MIME Base64 编码: \n" + encodedMime);

        // 解码
        byte[] decodedBytes = Base64.getMimeDecoder().decode(encodedMime);
        String decodedMime = new String(decodedBytes);
        System.out.println("MIME Base64 解码: " + decodedMime);
    }
}

输出

MIME Base64 编码:
VGhpcyBpcyBhIGxvbmcgdGV4dCB0aGF0IHNob3VsZCBiZSBzcGxpdCBpbnRvIG11bHRpcGxlIGxpbmVzIHdoZW4gZW5jb2RlZCB1c2luZyBNSU1FIEJhc2U2NC4=

MIME Base64 解码: This is a long text that should be split into multiple lines when encoded using MIME Base64.

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Base64 常见实践

1. 避免使用 Base64 进行加密

   • Base64 只是编码，不是加密，不能提供安全性。
   • 如果需要安全存储或传输数据，请使用 AES、RSA 等加密算法。

2. 处理 Base64 编码带来的长度增加

   • Base64 会增加 约 33% 的数据大小，可能影响网络带宽和存储效率。

3. 在网络传输时，优先使用 URL Base64

   • 避免 + 和 / 导致 URL 解析问题。

4. 处理 Base64 的换行符

   • Base64.getMimeEncoder() 适用于需要换行的情况，如电子邮件和 XML。
   • 一般情况下，使用 Base64.getEncoder() 避免换行问题。

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Base64 最佳实践

需求	适用编码器
一般数据编码	Base64.getEncoder()
URL 参数、JWT 令牌	Base64.getUrlEncoder()
电子邮件、XML 数据	Base64.getMimeEncoder()
处理二进制数据	先转换为 byte[]，再进行 Base64

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小结

• Base64 是一种常见的 二进制到文本 编码方式，适用于数据存储、网络传输等场景。
• Java 8 提供了 Base64 API，包括 标准编码、URL 安全编码、MIME 编码 三种方式。
• Base64 不是加密方法，不能用于数据安全存储。
• 选择适合的 Base64 编码方式可提高数据传输的可靠性和效率。

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参考资料

• Java 官方 Base64 文档
• RFC 4648 - Base64 Data Encodings