十一：Base64详解

来源：Java 8新特性探究（十一）Base64详解

BASE64 编码是一种常用的字符编码，在很多地方都会用到。但base64不是安全领域下的加密解密算法。能起到安全作用的效果很差，而且很容易破解，他核心作用应该是传输数据的正确性，有些网关或系统只能使用ASCII字符。Base64就是用来将非ASCII字符的数据转换成ASCII字符的一种方法，而且base64特别适合在http，mime协议下快速传输数据。

JDK里面实现Base64的API

在JDK1.6之前，JDK核心类一直没有Base64的实现类，有人建议用Sun/Oracle JDK里面的sun.misc.BASE64Encoder 和 sun.misc.BASE64Decoder，使用它们的优点就是不需要依赖第三方类库，缺点就是可能在未来版本会被删除（用maven编译会发出警告），而且性能不佳，后面会有性能测试。

JDK1.6中添加了另一个Base64的实现，javax.xml.bind.DatatypeConverter两个静态方法parseBase64Binary 和 printBase64Binary，隐藏在javax.xml.bind包下面，不被很多开发者知道。

在Java 8在java.util包下面实现了BASE64编解码API，而且性能不俗，API也简单易懂，下面展示下这个类的使用例子。

java.util.Base64

该类提供了一套静态方法获取下面三种BASE64编解码器：

1）Basic编码：是标准的BASE64编码，用于处理常规的需求

// 编码
String asB64 = Base64.getEncoder().encodeToString("some string".getBytes("utf-8"));
System.out.println(asB64); // 输出为: c29tZSBzdHJpbmc=
// 解码
byte[] asBytes = Base64.getDecoder().decode("c29tZSBzdHJpbmc=");
System.out.println(new String(asBytes, "utf-8")); // 输出为: some string

2）URL编码：使用下划线替换URL里面的反斜线“/”

String urlEncoded = Base64.getUrlEncoder().encodeToString("subjects?abcd".getBytes("utf-8"));
System.out.println("Using URL Alphabet: " + urlEncoded);
// 输出为:
Using URL Alphabet: c3ViamVjdHM_YWJjZA==

3）MIME编码：使用基本的字母数字产生BASE64输出，而且对MIME格式友好：每一行输出不超过76个字符，而且每行以“\r\n”符结束。

StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int t = 0; t < 10; ++t) {
  sb.append(UUID.randomUUID().toString());
}
byte[] toEncode = sb.toString().getBytes("utf-8");
String mimeEncoded = Base64.getMimeEncoder().encodeToString(toEncode);
System.out.println(mimeEncoded);

第三方实现Base64的API

首先便是常用的Apache Commons Codec library里面的org.apache.commons.codec.binary.Base64；

第二个便是Google Guava库里面的com.google.common.io.BaseEncoding.base64() 这个静态方法；

第三个是net.iharder.Base64，这个jar包就一个类；

最后一个，号称Base64编码速度最快的MigBase64，而且是10年前的实现，到现在是否能保持这个称号，测一测便知道；

Base64编码性能测试

上面讲了一共7种实现Base64编码，Jdk里面3种，第三方实现4种，一旦有选择，则有必要将他们进行一次高低对比，性能测试是最直接的方式

首先来定义两个接口

private static interface Base64Codec
    {
        public String encode(final byte[] data);
        public byte[] decode(final String base64) throws IOException;
    }
    private static interface Base64ByteCodec
    {
        public byte[] encodeBytes(final byte[] data);
        public byte[] decodeBytes(final byte[] base64) throws IOException;
    }

两个接口区别就是其中一个接口方法参数接收byte数组，返回byte数组，因为byte->byte相比String->byte或者byte->String性能上会快一点，所以区分两组来测试

private static final Base64Codec[] m_codecs = { new GuavaImpl(), new JavaXmlImpl(),
        new Java8Impl(), new SunImpl(), new ApacheImpl(),new MiGBase64Impl(),new IHarderImpl() };
private static final Base64ByteCodec[] m_byteCodecs = {
        new ApacheImpl(), new Java8Impl(),new MiGBase64Impl(),new IHarderImpl() };

从上面看出，其中支持byte->byte只有4中API；

7个Base64的实现类

private static class Java8Impl implements Base64Codec, Base64ByteCodec
    {
        private final Base64.Decoder m_decoder = Base64.getDecoder();
        private final Base64.Encoder m_encoder = Base64.getEncoder();
        @Override
        public String encode(byte[] data) {
            return m_encoder.encodeToString(data);
        }
        @Override
        public byte[] decode(String base64) throws IOException {
            return m_decoder.decode(base64);
        }
        public byte[] encodeBytes(byte[] data) {
            return m_encoder.encode( data );
        }
        public byte[] decodeBytes(byte[] base64) throws IOException {
            return m_decoder.decode( base64 );
        }
    }
    private static class JavaXmlImpl implements Base64Codec //no byte[] implementation
    {
        public String encode(byte[] data) {
            return DatatypeConverter.printBase64Binary( data );
        }
        public byte[] decode(String base64) throws IOException {
            return DatatypeConverter.parseBase64Binary( base64 );
        }
    }
..............

后面代码基本就是各种API实现Base64的代码了，就不详细列出。

主要测试手段是，生成100M的随机数，分成100byte或者1000byte的块，然后将他们分别编码和解码，记录时间，如下方法

private static TestResult testByteCodec( final Base64ByteCodec codec, final List<byte[]> buffers ) throws IOException {
        final List<byte[]> encoded = new ArrayList<byte[]>( buffers.size() );
        final long start = System.currentTimeMillis();
        for ( final byte[] buf : buffers )
            encoded.add( codec.encodeBytes(buf) );
        final long encodeTime = System.currentTimeMillis() - start;
        final List<byte[]> result = new ArrayList<byte[]>( buffers.size() );
        final long start2 = System.currentTimeMillis();
        for ( final byte[] ar : encoded )
            result.add( codec.decodeBytes(ar) );
        final long decodeTime = System.currentTimeMillis() - start2;
        for ( int i = 0; i < buffers.size(); ++i )
        {
            if ( !Arrays.equals( buffers.get( i ), result.get( i ) ) )
                System.out.println( "Diff at pos = " + i );
        }
        return new TestResult( encodeTime / 1000.0, decodeTime / 1000.0 );
    }

测试结果

jvm参数：-Xms512m -Xmx4G

一切都很明显了，从上面看出，sun的表现不是很好，IHarder和MigBase64性能可以接受，传说MigBase64性能第一，那也是过去了，在这次测试结果中，新的java8 base64运行速度最好，javaXml表现次之。

总结

如果你需要一个性能好，可靠的Base64编解码器，不要找JDK外面的了，java8里面的java.util.Base64以及java6中隐藏很深的javax.xml.bind.DatatypeConverter,他们两个都是不错的选择。

本篇中所有代码都在http://git.oschina.net/benhail/javase8-sample ，欢迎大家去关注下载