在我們進行前端開發時，針對項目優化，常會提到一條：針對較小圖片，合理使用Base64字符串替換內嵌，可以減少頁面http請求。
並且還會特別強調下，必須是小圖片，大小不要超過多少KB，等等。
那么，Base64又到底是什么呢？
初步認識
下面的這段字符串，應該是大家都很常見的。通過這種固定的格式，來表示一張圖片，並被瀏覽器識別，可以完整的展示出圖片：
data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB4bWxucz0iaHR0c......
這里展示的是一個svg格式的圖片，當然我們還可以加載任何瀏覽器支持的格式的圖片。
這段字符串就是基於Base64編碼得來的，其中base64,后面那一長串的字符串，就是Base64編碼字符串。
Base64是怎么誕生的
互聯網發展早起，電子郵件是最有效的應用。
而電子郵件的SMTP傳輸協議在早期，只能用於傳送7位的ASCII碼，而ASCII碼就是基於英語設計的，對於非英語國家的文字等資源就無法發送。
為了解決這個問題，后來有了通用互聯網郵件擴充MIME，增加了郵件的主體結構，定義了非ASCII碼的編碼傳輸規則，這就是Base64。
關於字符編碼的知識，請查看前端開發中需要搞懂的字符編碼知識
基礎定義
Base64是基於64個可打印字符來表示二進制數據的編解碼方式。
正因為可編解碼，所以它主要的作用不在於安全性，而在於讓內容能在各個網關間無錯的傳輸。
這64個可打印字符包括大寫字母A-Z、小寫字母a-z、數字0-9共62個字符，再加上另外2個 + 和 /。
Base64是一種索引編碼，每個字符都對應一個索引，具體的關系圖，如下：
這也是名稱中64的由來。
編碼方式
由於64等於2的6次方，所以一個Base64字符實際上代表着6個二進制位(bit)。
然而，二進制數據1個字節(byte)對應的是8比特(bit)，因此，3字節（3 x 8 = 24比特）的字符串/二進制數據正好可以轉換成4個Base64字符(4 x 6 = 24比特)。
為什么是3個字節一組呢？ 因為6和8的最小公倍數是24，24比特正好是3個字節。
具體的編碼方式：
- 將每3個字節作為一組，3個字節一共24個二進制位
- 將這24個二進制位分為4組，每個組有6個二進制位
- 在每組的6個二進制位前面補兩個00，擴展成32個二進制位，即四個字節
- 每個字節對應的將是一個小於64的數字，即為字符編號
- 再根據字符索引關系表，每個字符編號對應一個字符，就得到了Base64編碼字符
上圖中的字符串 'you'，經過轉換后，得到的編碼為： 'eW91'。
體積增大
我們可以看到，當3個字符進行Base64轉換編碼后，最后變成了4個字符。因為每個6比特位，都補了2個0，變成8比特位，對應1字節。
這里正好多了三分之一，所以正常情況下，Base64編碼的數據體積通常比原數據的體積大三分之一。
這也是為什么我們在前面講使用Base64編碼優化圖片時，需要強調是小圖標，如果圖片都使用該方式，則靜態文件會增大很多，並不合適。
= 等號
3個英文字符，正好能轉成4個Base64字符。那如果字符長度不是3的倍數，那應該使用什么樣的規則呢？
其實也簡單，我們在實際使用Base編碼時，常會發現有第65個字符的存在，那就是 '=' 符號，這個等於號就是針對這種特殊情況的一種處理方式。
對於不足3個字節的地方，實際都會在后面補0，直到有24個二進制位為止。
但要注意的是，在計算字節數時，會直接使用總長度除以3，如果余數為1則會直接在最后補一個=，如果余數為2則補兩個=。
因此，轉碼后的字符串需要補的后綴等號，要么是1個，要么是2個，具體的可以見下圖：
圖中第二個，使用的是單獨的字符 'd'，是為了區分索引字符表里的索引0，這個時候，得到編碼中，會存在一個索引0對應的A字符，而'='是直接補上2個。
非ASCII碼字符
由於 Base64 僅可對 ASCII 字符進行編碼，如果是中文字符等非ASCII碼，就需要先將中文字符轉換為ASCII字符后，再進行編碼才行。
編解碼方法
btoa 和 atob
JavaScript提供了兩個原生方法，用來處理Base64編碼：btoa() 和 atob()。
btoa()： 將字符串或二進制值轉換成Base64編碼字符串。
注意：btoa方法只能直接處理ASCII碼的字符，對於非ASCII碼的字符，則會報錯。atob()： 對base64 編碼的字符串進行解碼。
注意：atob方法如果傳入字符串參數不是有效的Base64編碼(如非ASCII碼字符)，或者其長度不是4的倍數，會報錯。
btoa('you') // 'eW91'
atob('eW91') // 'you'
btoa('中') // Uncaught DOMException: The string to be encoded contains characters outside of the Latin1 range.
atob('y') // Uncaught DOMException: The string to be decoded is not correctly encoded.
處理中文字符
由於btoa、atob 僅支持對ASCII字符編碼，也就是單字節字符，而我們平時的中文都是 2-4 字節的字符。
因此，可以先將中文字符轉為 utf-8 的編碼，將utf-8編碼當做字符，這樣就可以對多個單字節字符進行編碼。
對於中文可以使用這兩個方法： encodeURIComponent() 和 decodeURIComponent()。
- encodeURIComponent()：將非ACSII碼的字符進行utf-8編碼
- decodeURIComponent()：解碼使用
如下，編解碼中文的方式：
window.btoa(encodeURIComponent('中國'))
// 'JUU0JUI4JUFEJUU1JTlCJUJE'
decodeURIComponent(window.atob('JUU0JUI4JUFEJUU1JTlCJUJE'))
// '中國'
第三方庫
- js-base64
前端常見應用
接下來，我們了解下前端開發中常見的對Base64編碼的一些使用場景。
Base64在前端方面的應用，多數都是針對圖片的處理，一般都是基於DataURL的方式來使用。
Data URL 由 data:前綴、MIME類型（表明數據類型）、base64標志位（如果是文本，則可選）以及 數據本身 四部分組成。
具體的格式：data:[<mime type>][;base64],<data>。
這里的第四部分 <data> 數據本身，就是一個Base64字符串。
小圖片轉碼
即開篇說的針對圖片優化，使用Base64能減少請求數的，可以在img標簽下，或者css中：
<img src="data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB4bWxucz0iaHR0c......Ii8+PC9nPjwvc3ZnPg==">
.icon {
background: url(data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB4bWxucz0iaHR0c......Ii8+PC9nPjwvc3ZnPg==);
}
當我們使用vue或react框架時，也可以通過url-loader來配置，圖標轉Base64的大小：
.loader('url-loader')
.tap(options => {
options.limit = 10240 // 10kb
return options
})
文件讀取
Web環境下，有提供 FileReader 的API，用來讀取文件的數據，可以通過它的 readAsDataURL() 方法，將文件數據讀取為Base64編碼的字符串數據：
let reader = new FileReader()
reader.onload = () => {
let base64Img = reader.result
};
reader.readAsDataURL(file)
該方法常用在圖片上傳中。
Canvas生成圖片
Canvas本質上是一個位圖圖像，它有提供 toDataURL() 方法，將畫布導出生成為一張圖片，該圖片將以Base64編碼的格式進行保存。
const dataUrl = canvasEl.toDataURL()
// data:image/png;base64,PHN2ZyB4bWxucz0iaHR0c......
其他
處理圖片展示外，還會在特殊數據傳輸、簡單編碼和加密、代碼混淆、部分證書中，見到Base64編碼字符串。
總結
最后再來總結一下Base64的特點：
- 將二進制數據轉為字符串(ASCII碼)，方便數據傳輸。
- 瀏覽器能直接展示Base64編碼圖片，減少請求。
- 編碼后數據會大至少三分之一，需要額外的方法處理編解碼。