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java是如何編碼解碼的

本文轉載自   查看原文   2017-12-15 19:59   3268    java

在上篇博客中LZ闡述了java各個渠道轉碼的過程，闡述了java在運行過程中那些步驟在進行轉碼，在這些轉碼過程中如果一處出現問題就很有可能會產生亂碼！下面LZ就講述java在轉碼過程中是如何來進行編碼和解碼操作的。

編碼&解碼

在上篇博客中LZ闡述了三個渠道的編碼轉換過程，下面LZ將結束java在那些場合需要進行編碼和解碼操作，並詳序中間的過程，進一步掌握java的編碼和解碼過程。在java中主要有四個場景需要進行編碼解碼操作：

1：I/O操作

2：內存

3：數據庫

4：javaWeb

下面主要介紹前面兩種場景，數據庫部分只要設置正確編碼格式就不會有什么問題，javaWeb場景過多需要了解URL、get、POST的編碼，servlet的解碼，所以javaWeb場景下節LZ介紹。

I/O操作

在前面LZ就提過亂碼問題無非就是轉碼過程中編碼格式的不統一產生的，比如編碼時采用UTF-8，解碼采用GBK，但最根本的原因是字符到字節或者字節到字符的轉換出問題了，而這中情況的轉換最主要的場景就是I/O操作的時候。當然I/O操作主要包括網絡I/O（也就是javaWeb）和磁盤I/O。網絡I/O下節介紹。

首先我們先看I/O的編碼操作。

201412300001

InputStream為字節輸入流的所有類的超類，Reader為讀取字符流的抽象類。java讀取文件的方式分為按字節流讀取和按字符流讀取，其中InputStream、Reader是這兩種讀取方式的超類。

按字節

我們一般都是使用InputStream.read()方法在數據流中讀取字節（read()每次都只讀取一個字節，效率非常慢，我們一般都是使用read(byte[])），然后保存在一個byte[]數組中，最后轉換為String。在我們讀取文件時，讀取字節的編碼取決於文件所使用的編碼格式，而在轉換為String過程中也會涉及到編碼的問題，如果兩者之間的編碼格式不同可能會出現問題。例如存在一個問題test.txt編碼格式為UTF-8，那么通過字節流讀取文件時所獲得的數據流編碼格式就是UTF-8，而我們在轉化成String過程中如果不指定編碼格式，則默認使用系統編碼格式（GBK）來解碼操作，由於兩者編碼格式不一致，那么在構造String過程肯定會產生亂碼，如下：

[java]  view plain  copy
 
  1. File file = new File("C:\\test.txt");  
  2. InputStream input = new FileInputStream(file);  
  3. StringBuffer buffer = new StringBuffer();  
  4. byte[] bytes = new byte[1024];  
  5. for(int n ; (n = input.read(bytes))!=-1 ; ){  
  6.     buffer.append(new String(bytes,0,n));  
  7. }  
  8. System.out.println(buffer);  

 

 

輸出結果：鍩挎垜鏄?cm

test.txt中的內容為：我是 cm。

要想不出現亂碼，在構造String過程中指定編碼格式，使得編碼解碼時兩者編碼格式保持一致即可：

[java]  view plain  copy
 
  1. buffer.append(new String(bytes,0,n,"UTF-8"));  

 

 

按字符

其實字符流可以看做是一種包裝流，它的底層還是采用字節流來讀取字節，然后它使用指定的編碼方式將讀取字節解碼為字符。在java中Reader是讀取字符流的超類。所以從底層上來看按字節讀取文件和按字符讀取沒什么區別。在讀取的時候字符讀取每次是讀取留個字節，字節流每次讀取一個字節。

字節&字符轉換

字節轉換為字符一定少不了InputStreamReader。API解釋如下：InputStreamReader 是字節流通向字符流的橋梁：它使用指定的 charset 讀取字節並將其解碼為字符。它使用的字符集可以由名稱指定或顯式給定，或者可以接受平台默認的字符集。 每次調用 InputStreamReader 中的一個 read() 方法都會導致從底層輸入流讀取一個或多個字節。要啟用從字節到字符的有效轉換，可以提前從底層流讀取更多的字節，使其超過滿足當前讀取操作所需的字節。API解釋非常清楚，InputStreamReader在底層讀取文件時仍然采用字節讀取，讀取字節后它需要根據一個指定的編碼格式來解析為字符，如果沒有指定編碼格式則采用系統默認編碼格式。

[java]  view plain  copy
 
  1. String file = "C:\\test.txt";   
  2.          String charset = "UTF-8";   
  3.          // 寫字符換轉成字節流  
  4.          FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(file);   
  5.          OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(outputStream, charset);   
  6.          try {   
  7.             writer.write("我是 cm");   
  8.          } finally {   
  9.             writer.close();   
  10.          }   
  11.            
  12.          // 讀取字節轉換成字符  
  13.          FileInputStream inputStream = new FileInputStream(file);   
  14.          InputStreamReader reader = new InputStreamReader(   
  15.          inputStream, charset);   
  16.          StringBuffer buffer = new StringBuffer();   
  17.          char[] buf = new char[64];   
  18.          int count = 0;   
  19.          try {   
  20.             while ((count = reader.read(buf)) != -1) {   
  21.                 buffer.append(buf, 0, count);   
  22.             }   
  23.          } finally {   
  24.             reader.close();   
  25.          }  
  26.          System.out.println(buffer);  

 

 

內存

首先我們看下面這段簡單的代碼

[java]  view plain  copy
 
  1. String s = "我是 cm";   
  2. byte[] bytes = s.getBytes();   
  3. String s1 = new String(bytes,"GBK");   
  4. String s2 = new String(bytes);  

 

 

在這段代碼中我們看到了三處編碼轉換過程（一次編碼，兩次解碼）。先看String.getTytes():

[java]  view plain  copy
 
  1. public byte[] getBytes() {  
  2.         return StringCoding.encode(value, 0, value.length);  
  3.     }  

 

 

內部調用StringCoding.encode()方法操作：

[cpp]  view plain  copy
 
  1. static byte[] encode(char[] ca, int off, int len) {  
  2.         String csn = Charset.defaultCharset().name();  
  3.         try {  
  4.             // use charset name encode() variant which provides caching.  
  5.             return encode(csn, ca, off, len);  
  6.         } catch (UnsupportedEncodingException x) {  
  7.             warnUnsupportedCharset(csn);  
  8.         }  
  9.         try {  
  10.             return encode("ISO-8859-1", ca, off, len);  
  11.         } catch (UnsupportedEncodingException x) {  
  12.             // If this code is hit during VM initialization, MessageUtils is  
  13.             // the only way we will be able to get any kind of error message.  
  14.             MessageUtils.err("ISO-8859-1 charset not available: "  
  15.                              + x.toString());  
  16.             // If we can not find ISO-8859-1 (a required encoding) then things  
  17.             // are seriously wrong with the installation.  
  18.             System.exit(1);  
  19.             return null;  
  20.         }  
  21.     }  

 

 

encode(char[] paramArrayOfChar, int paramInt1, int paramInt2)方法首先調用系統的默認編碼格式，如果沒有指定編碼格式則默認使用ISO-8859-1編碼格式進行編碼操作，進一步深入如下：

[java]  view plain  copy
 
  1. String csn = (charsetName == null) ? "ISO-8859-1" : charsetName;  

 

 

同樣的方法可以看到new String 的構造函數內部是調用StringCoding.decode()方法：

[java]  view plain  copy
 
  1. public String(byte bytes[], int offset, int length, Charset charset) {  
  2.         if (charset == null)  
  3.             throw new NullPointerException("charset");  
  4.         checkBounds(bytes, offset, length);  
  5.         this.value =  StringCoding.decode(charset, bytes, offset, length);  
  6.     }  

 

 

decode方法和encode對編碼格式的處理是一樣的。

對於以上兩種情況我們只需要設置統一的編碼格式一般都不會產生亂碼問題。

 

編碼&編碼格式

首先先看看java編碼類圖[1]

201412300003

首先根據指定的chart設置ChartSet類，然后根據ChartSet創建ChartSetEncoder對象，最后再調用 CharsetEncoder.encode 對字符串進行編碼，不同的編碼類型都會對應到一個類中，實際的編碼過程是在這些類中完成的。下面時序圖展示詳細的編碼過程：

201412300002

通過這編碼的類圖和時序圖可以了解編碼的詳細過程。下面將通過一段簡單的代碼對ISO-8859-1、GBK、UTF-8編碼

[java]  view plain  copy
 
  1. public class Test02 {  
  2.     public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {  
  3.         String string = "我是 cm";  
  4.         Test02.printChart(string.toCharArray());  
  5.         Test02.printChart(string.getBytes("ISO-8859-1"));  
  6.         Test02.printChart(string.getBytes("GBK"));  
  7.         Test02.printChart(string.getBytes("UTF-8"));  
  8.     }  
  9.       
  10.     /** 
  11.      * char轉換為16進制 
  12.      */  
  13.     public static void printChart(char[] chars){  
  14.         for(int i = 0 ; i < chars.length ; i++){  
  15.             System.out.print(Integer.toHexString(chars[i]) + " ");   
  16.         }  
  17.         System.out.println("");  
  18.     }  
  19.       
  20.     /** 
  21.      * byte轉換為16進制 
  22.      */  
  23.     public static void printChart(byte[] bytes){  
  24.         for(int i = 0 ; i < bytes.length ; i++){  
  25.             String hex = Integer.toHexString(bytes[i] & 0xFF);   
  26.              if (hex.length() == 1) {   
  27.                hex = '0' + hex;   
  28.              }   
  29.              System.out.print(hex.toUpperCase() + " ");   
  30.         }  
  31.         System.out.println("");  
  32.     }  
  33. }  
  34. -------------------------outPut:  
  35. 6211 662f 20 63 6d   
  36. 3F 3F 20 63 6D   
  37. CE D2 CA C7 20 63 6D   
  38. E6 88 91 E6 98 AF 20 63 6D  

 

 

通過程序我們可以看到“我是 cm”的結果為：

char[]：6211 662f 20 63 6d

ISO-8859-1：3F 3F 20 63 6D 
GBK：CE D2 CA C7 20 63 6D 
UTF-8：E6 88 91 E6 98 AF 20 63 6D

圖如下：

201412310001

更多&參考文獻

對於這兩種場景我們只需要設置一致正確的編碼一般都不會產生亂碼問題，通過LZ上面的闡述對於java編碼解碼的過程應該會有一個比較清楚的認識。其實在java中產生亂碼的主要場景是在javaWeb中，所以LZ下篇博文就來講解javaWeb中的亂碼產生情形。

1、Java 編程技術中漢字問題的分析及解決：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/java_chinese/。


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