org.apache.commons.codec源码阐述

一、什么是org.apache.commons.codec？

org.apache.commons.codec是一组对数据编码进行处理的Java包，它提供了多种常见的编码方法，例如：Base64、URL、Hex、Quoted-printable等等。它不仅仅提供编码的方法，还提供了一些与编码有关的工具类和一些扩展的编码类型，本篇文章将重点关注于Base64编码的实现细节，以及Hex编码和URL编码的区别。并且提供一些代码示例介绍。

二、Base64编码实现细节

Base64是一种将任意二进制数据以文本形式进行编码的方法， Base64对于二进制数据的处理能力非常强大，它可以编码任何字符集中的任何字符，并且编码后的结果都可以上传或者传输，但是编码结果的文本长度会比原始二进制数据长度大。Base64编码的实现细节通常需要包括以下几点：

1、编码表的生成

public static final byte[] ENCODE_TABLE = {
    'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H',
    'I', 'J', 'K', 'L', 'M', 'N', 'O', 'P',
    'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X',
    'Y', 'Z', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f',
    'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm', 'n',
    'o', 'p', 'q', 'r', 's', 't', 'u', 'v',
    'w', 'x', 'y', 'z', '0', '1', '2', '3',
    '4', '5', '6', '7', '8', '9', '+', '/'
};

2、剩余字节的计算

Base64每次对指定长度的数据编码时，需要考虑最后剩余的字节数，一般会在最后添加1至2个“=”（即Padding），使编码后的数据长度满足4的倍数，例如：如果最后剩余3个字节，则需要添加1字节的Padding；如果最后剩余2个字节，则需要添加2字节的Padding。这里是以byte[]为例进行计算，实际上涉及到其他类型时需要对应调整。

if (remaining == 0) {
        encoded[outputIndex++] = ENCODE_TABLE[ buffer[0] >> 2 ];
        encoded[outputIndex++] = ENCODE_TABLE[ (buffer[0] & 0x03) <> 2 ];
        encoded[outputIndex++] = ENCODE_TABLE[ ( (buffer[0] & 0x03) <> 4 ) ];
        encoded[outputIndex++] = ENCODE_TABLE[ (buffer[1] & 0x0f) <> 2 ];
        encoded[outputIndex++] = ENCODE_TABLE[ ( (buffer[0] & 0x03) <> 4 ) ];
        encoded[outputIndex++] = ENCODE_TABLE[ ( (buffer[1] & 0x0f) <> 6 ) ];
        encoded[outputIndex++] = ENCODE_TABLE[ buffer[2] & 0x3f ];
}

3、将“=” Padding 去除

Base64编码的结果中可能会包含1至2个“=”字符，这是通过在最后补充数据字节的方式来实现数据长度补齐的，但也会使得编码结果的长度增加。因此，对于某些应用场景有去除“=”字符的需求。例如：当使用SMTP发送邮件时，Base64编码的数据传输必须考虑行长度的限制，经由信道进行数据传输时还需考虑二进制数据中可能存在像”.”这样的特殊字符，所以SMTP服务通常会对每行数据进行截断和连接。去掉Base64编码结果中的“=”字符可以有效的增加数据字符的密度，减少数据在网络传输中带宽的消耗。

public static byte[] decode(String source, boolean removePadding) {
        byte[] data = decode(source);
        if (removePadding) {
            int paddingCount = 0;
            for (int i = data.length - 1; i >= 0; i--) {
                if (data[i] == '=') {
                    paddingCount++;
                } else {
                    break;
                }
            }
            if (paddingCount > 0) {
                byte[] temp = new byte[data.length - paddingCount];
                System.arraycopy(data, 0, temp, 0, temp.length);
                return temp;
            }
        }
        return data;
}

三、Hex编码和URL编码的区别

虽然Hex和URL编码与Base64编码类似，但是它们的具体实现方式不同，也有不同的应用场景。

1、Hex编码

Hex编码是一种将二进制数据转化为十六进制字符串的方法。Hex编码常使用在各种数据存储和传输场景，例如将一个电子邮件地址的发件人、收件人、主题和正文数据转换为十六进制字符串。Hex编码还可以使得程序更方便的处理、存储和传输二进制数据，因此在某些极端情况下，例如程序进行加密解密时也非常常见。

String result = Hex.encodeHexString( byteArray );
byte[] byteArray = Hex.decodeHex( result.toCharArray() );

2、URL编码

URL编码和Base64编码一样，是一种将任意二进制数据转化为字符集合的方法，但和Base64不同的是，URL编码在编码过程中要将一些具有特殊含义的字符，例如：“/”，“?”，“=”等字符换成其他字符以实现编码，这样可以保证编码数据和URL之间没有任何的冲突，也使得URL编码在数据存储和传输的场景中更适用并且更安全。

String source = "http://www.google.com";
String result = URLEncoder.encode( source, StandardCharsets.UTF_8.toString() );
String result = URLDecoder.decode( result, StandardCharsets.UTF_8.toString() );

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