Java 二进制与 Base64 如何转换？-杰瑞科技汇

什么是二进制数据？ (在 Java 中的体现)
什么是 Base64？
Java 8 及更高版本 (推荐)：使用 java.util.Base64
Java 8 之前版本：使用第三方库 (如 Apache Commons Codec)
完整代码示例
最佳实践和注意事项

什么是二进制数据？ (在 Java 中的体现)

在 Java 中，"二进制数据" 通常不是指一个简单的 byte 原始类型，而是指一个字节数组 (byte[])，无论是图片、音频、视频、压缩文件，还是任何需要在网络上传输的非文本数据，在内存中都是以 byte[] 的形式存在的。

（图片来源网络，侵删）

byte[]: 这是最核心的表示方式，从一个文件中读取的内容就是一个 byte[]。
InputStream / OutputStream: 当处理大文件时，我们不会一次性将所有数据读入内存，而是使用流式处理。InputStream 是二进制数据的来源，OutputStream 是二进制数据的去向。
ByteBuffer: 在 NIO (New I/O) 中，ByteBuffer 提供了更灵活的方式来处理二进制数据。

什么是 Base64？

Base64 是一种用 64 个可打印字符来表示任意二进制数据的方法,它常用于：

在文本协议中传输二进制数据：因为很多系统（如 HTTP、Email）最初只设计来处理文本（ASCII），直接传输二进制数据（如 0x00 或 0xFF）可能会导致问题，Base64 将二进制数据转换成纯文本,可以安全地嵌入到这些协议中。
简单的数据编码：它不是加密，而是一种编码，所以任何人都可以解码，它只是让数据变得“可打印”。

工作原理简述：

将 3 个字节 (24 位) 的二进制数据作为一组。
将这 24 位重新划分为 4 组，每组 6 位。
将这 4 个 6 位的值分别作为索引，去查一个包含 64 个字符的表（A-Z, a-z, 0-9, '+', '/'）。
得到 4 个 Base64 字符。
如果输入的字节数不是 3 的倍数，会用进行填充。

Java 8 及更高版本 (推荐)

从 Java 8 开始，标准库中正式引入了 java.util.Base64 类，它提供了简单、高效且标准的方式来处理 Base64 编码和解码。这是目前推荐使用的方式。

`java.util.Base64` 类的核心方法

这个类提供了 getEncoder(), getDecoder(), getMimeEncoder(), getMimeDecoder() 等静态方法来获取不同的编解码器。

（图片来源网络，侵删）

Base64.getEncoder(): 标准的 Base64 编码器。
Base64.getDecoder(): 标准的 Base64 解码器。
Base64.getMimeEncoder(): MIME 友好的 Base64 编码器，它会在每 76 个字符后插入一个换行符 \n，这符合 MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions) 标准，适合在 Email 等场景使用。
Base64.getMimeDecoder(): MIME 友好的 Base64 解码器。

核心方法

编码:
- byte[] encode(byte[] src): 编码字节数组。
- String encodeToString(byte[] src): 编码字节数组并直接返回一个字符串。
- OutputStream wrap(OutputStream os): 返回一个 OutputStream，写入其中的任何数据都会被自动 Base64 编码。
解码:
- byte[] decode(byte[] src): 解码 Base64 编码的字节数组。
- byte[] decode(String src): 解码 Base64 编码的字符串。
- InputStream wrap(InputStream is): 返回一个 InputStream，从中读取的任何数据都会被自动 Base64 解码。

Java 8 之前版本

如果你在使用 Java 7 或更早的版本，标准库中没有 Base64 支持，这时，最常用、最可靠的选择是 Apache Commons Codec 库。

如何添加依赖 (Maven)

<dependency>
    <groupId>commons-codec</groupId>
    <artifactId>commons-codec</artifactId>
    <version>1.15</version> <!-- 使用最新的稳定版本 -->
</dependency>

Apache Commons Codec 的核心类

核心类是 org.apache.commons.codec.binary.Base64。

编码:
- static byte[] encodeBase64(byte[] binaryData): 编码字节数组。
- static String encodeBase64String(byte[] binaryData): 编码字节数组并返回字符串。
解码:
- static byte[] decodeBase64(byte[] base64Data): 解码 Base64 字节数组。
- static byte[] decodeBase64(String base64String): 解码 Base64 字符串。

完整代码示例

下面我们通过一个完整的 Java 8 示例来演示所有核心操作。

示例：文件 <-> 字节数组 <-> Base64 字符串

这个例子展示了如何读取一个图片文件，将其编码为 Base64 字符串,然后再将字符串解码并写回到一个新的文件中。

（图片来源网络，侵删）

import java.io.*;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.Base64;
public class BinaryBase64Example {
    public static void main(String[] args) {
        // 假设我们有一个名为 "sample.png" 的图片文件在项目根目录下
        String originalFilePath = "sample.png";
        String encodedFilePath = "encoded.txt";
        String decodedFilePath = "decoded_copy.png";
        try {
            // 1. 从文件读取二进制数据 (字节数组)
            byte[] fileBytes = readAllBytesOrExit(originalFilePath);
            System.out.println("原始文件大小: " + fileBytes.length + " 字节");
            // 2. 将字节数组编码为 Base64 字符串
            // 使用标准编码器
            Base64.Encoder encoder = Base64.getEncoder();
            String base64String = encoder.encodeToString(fileBytes);
            System.out.println("Base64 编码后的字符串 (前 50 个字符): " + base64String.substring(0, 50) + "...");
            System.out.println("Base64 字符串长度: " + base64String.length());
            // 将 Base64 字符串保存到文件中
            Files.write(Paths.get(encodedFilePath), base64String.getBytes());
            System.out.println("Base64 字符串已保存到: " + encodedFilePath);
            // 3. 从文件读取 Base64 字符串
            String base64FromFile = new String(Files.readAllBytes(Paths.get(encodedFilePath)));
            // 4. 将 Base64 字符串解码为字节数组
            Base64.Decoder decoder = Base64.getDecoder();
            byte[] decodedBytes = decoder.decode(base64FromFile);
            System.out.println("解码后的字节数组大小: " + decodedBytes.length + " 字节");
            // 5. 将解码后的字节数组写回到新文件
            Files.write(Paths.get(decodedFilePath), decodedBytes);
            System.out.println("解码后的文件已保存到: " + decodedFilePath);
            System.out.println("操作完成！请检查 'decoded_copy.png' 是否与 'sample.png' 一致。");
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("处理文件时发生错误: " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
    }
    /**
     * 一个简单的辅助方法，用于读取文件的所有字节。
     * 如果文件不存在，则打印错误信息并退出程序。
     */
    private static byte[] readAllBytesOrExit(String filePath) throws IOException {
        Path path = Paths.get(filePath);
        if (!Files.exists(path)) {
            System.err.println("错误: 文件 '" + filePath + "' 不存在！");
            System.exit(1);
        }
        return Files.readAllBytes(path);
    }
}

示例：使用流处理大文件

对于非常大的文件，将整个文件读入内存可能会导致 OutOfMemoryError，这时，使用 Base64.getEncoder().wrap() 和 Base64.getDecoder().wrap() 进行流式处理是最佳选择。

import java.io.*;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.Base64;
public class StreamBase64Example {
    public static void main(String[] args) {
        String largeFilePath = "large_file.zip"; // 假设这是一个大文件
        String encodedStreamFilePath = "large_encoded.txt";
        String decodedStreamFilePath = "large_decoded.zip";
        try {
            // 编码：文件 -> InputStream -> Base64 OutputStream -> 文件
            encodeFile(largeFilePath, encodedStreamFilePath);
            System.out.println("大文件流式编码完成。");
            // 解码：Base64 文件 -> InputStream -> Base64 InputStream -> 文件
            decodeFile(encodedStreamFilePath, decodedStreamFilePath);
            System.out.println("大文件流式解码完成。");
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("流处理时发生错误: " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private static void encodeFile(String sourcePath, String targetPath) throws IOException {
        try (InputStream is = Files.newInputStream(Paths.get(sourcePath));
             OutputStream os = Files.newOutputStream(Paths.get(targetPath))) {
            // 创建一个 Base64 编码输出流，所有写入 os 的数据都会被自动编码
            Base64.Encoder encoder = Base64.getEncoder();
            OutputStream encodedOs = encoder.wrap(os);
            // 使用缓冲流提高性能
            byte[] buffer = new byte[8192]; // 8KB 缓冲区
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = is.read(buffer)) != -1) {
                encodedOs.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            // encodedOs.close() 会在 try-with-resources 中自动调用
        }
    }
    private static void decodeFile(String sourcePath, String targetPath) throws IOException {
        try (InputStream is = Files.newInputStream(Paths.get(sourcePath));
             OutputStream os = Files.newOutputStream(Paths.get(targetPath))) {
            // 创建一个 Base64 解码输入流，所有从 is 读取的数据都会被自动解码
            Base64.Decoder decoder = Base64.getDecoder();
            InputStream decodedIs = decoder.wrap(is);
            // 使用缓冲流提高性能
            byte[] buffer = new byte[8192];
            int bytesRead;
            while ((bytesRead = decodedIs.read(buffer)) != -1) {
                os.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            // decodedIs.close() 会在 try-with-resources 中自动调用
        }
    }
}

最佳实践和注意事项

首选 Java 8+ java.util.Base64：如果你的项目使用 Java 8 或更高版本，请务必使用标准库，它不需要引入外部依赖,并且性能和可靠性都经过了充分验证。
注意数据增长：Base64 编码会使数据大小增加约 33%，因为每 3 个字节（24位）会变成 4 个字符,这在处理大文件时需要考虑存储和网络带宽成本。
区分编码和解码：
- 编码：byte[] (二进制) -> String (Base64 文本)
- 解码：String (Base64 文本) -> byte[] (二进制)
MIME vs 标准：
- 如果你的 Base64 数据需要嵌入到 Email (MIME 消息) 或需要符合某些 Web 标准，请使用 getMimeEncoder() 和 getMimeDecoder()。
- 如果只是简单的数据交换，使用标准的 getEncoder() 和 getDecoder() 即可。
安全性：再次强调，Base64 是编码，不是加密，它不能保护数据的机密性，如果数据是敏感的，必须先进行加密（如使用 AES），然后再对加密后的密文进行 Base64 编码。
处理异常：在进行 Base64 解码时，如果输入的字符串格式不正确（包含非法字符或填充不正确），decode 方法会抛出 IllegalArgumentException,务必做好异常处理。

Java 二进制与 Base64 如何转换？

什么是二进制数据？ (在 Java 中的体现)

什么是 Base64？

Java 8 及更高版本 (推荐)

`java.util.Base64` 类的核心方法

核心方法

Java 8 之前版本

如何添加依赖 (Maven)

Apache Commons Codec 的核心类

完整代码示例

示例：文件 <-> 字节数组 <-> Base64 字符串

示例：使用流处理大文件

最佳实践和注意事项

99ANYc3cd6

Python类中定义函数，如何调用其他函数？

primer5引物设计步骤有哪些？

iOS与Java开发，技术选型如何抉择？

cam350破解版安装教程安全吗？

java核心技术卷2 高级特性

Java Socket编程实例具体怎么实现？

Java setTimeout如何实现延迟执行？

Java String类型转换有哪些常用方法？

Instagram注册教程难不难？

Python manuals PDF哪里找？

MPLToolkits Python是什么？如何使用？

Java空字符串split会返回什么？

PS设计教程怎么学？从入门到精通有哪些步骤？

Java Map如何高效转Object？

Outlook 2003教程，如何快速上手操作？

Python、Excel、MySQL如何高效协同处理数据？

Java 二进制与 Base64 如何转换？

什么是二进制数据？ (在 Java 中的体现)

什么是 Base64？

Java 8 及更高版本 (推荐)

java.util.Base64 类的核心方法

核心方法

Java 8 之前版本

如何添加依赖 (Maven)

Apache Commons Codec 的核心类

完整代码示例

示例：文件 <-> 字节数组 <-> Base64 字符串

示例：使用流处理大文件

最佳实践和注意事项

相关推荐

Java Socket编程实例具体怎么实现？

`java.util.Base64` 类的核心方法