深入理解JavaScript中的Base64编码字符串

目录

• 初步认识
• Base64是怎么诞生的
• 基础定义
• 编码方式
• 体积增大
• = 等号
• 非ASCII码字符
• 编解码方法
• btoa 和 atob
• 第三方库
• 前端常见应用
• 小图片转码
• 文件读取
• Canvas生成图片
• 其他
• 总结

在我们进行前端开发时，针对项目优化，常会提到一条：针对较小图片，合理使用Base64字符串替换内嵌，可以减少页面http请求。

并且还会特别强调下，必须是小图片，大小不要超过多少KB，等等。

那么，Base64又到底是什么呢？

初步认识

下面的这段字符串，应该是大家都很常见的。

通过这种固定的格式，来表示一张图片，并被浏览器识别，可以完整的展示出图片：

data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB4bWxucz0iaHR0c......

这里展示的是svg格式的图片，当然我们还能加载任何浏览器支持的格式的图片。

这段字符串就是基于Base64编码得来的，其中base64,后面那一长串的字符串，就是Base64编码字符串。

Base64是怎么诞生的

互联网发展早起，电子邮件是最有效的应用。

而电子邮件的SMTP传输协议在早期，只能用于传送7位的ASCII码，而ASCII码就是基于英语设计的，对于非英语国家的文字等资源就无法发送。

为了解决这个问题，后来有了通用互联网邮件扩充MIME，增加了邮件的主体结构，定义了非ASCII码的编码传输规则，这就是Base64。

关于字符编码的知识，请查看前端开发中需要搞懂的字符编码知识

基础定义

Base64是基于64个可打印字符来表示二进制数据的编解码方式。

正因为可编解码，所以它主要的作用不在于安全性，而在于让内容能在各个网关间无错的传输。

这64个可打印字符包括大写字母A-Z、小写字母a-z、数字0-9共62个字符，再加上另外2个 + 和 /。

Base64是一种索引编码，每个字符都对应一个索引，具体的关系图，如下：

这也是名称中64的由来。

编码方式

由于64等于2的6次方，所以一个Base64字符实际上代表着6个二进制位(bit)。

然而，二进制数据1个字节(byte)对应的是8比特(bit)，因此，3字节（3 x 8 = 24比特）的字符串/二进制数据正好可以转换成4个Base64字符(4 x 6 = 24比特)。

为什么是3个字节一组呢？ 因为6和8的最小公倍数是24，24比特正好是3个字节。

具体的编码方式：

• 将每3个字节作为一组，3个字节一共24个二进制位
• 将这24个二进制位分为4组，每个组有6个二进制位
• 在每组的6个二进制位前面补两个00，扩展成32个二进制位，即四个字节
• 每个字节对应的将是一个小于64的数字，即为字符编号
• 再根据字符索引关系表，每个字符编号对应一个字符，就得到了Base64编码字符

上图中的字符串 'you'，经过转换后，得到的编码为： 'eW91'。

体积增大

我们可以看到，当3个字符进行Base64转换编码后，最后变成了4个字符。因为每个6比特位，都补了2个0，变成8比特位，对应1字节。

这里正好多了三分之一，所以正常情况下，Base64编码的数据体积通常比原数据的体积大三分之一。

这也是为什么我们在前面讲使用Base64编码优化图片时，需要强调是小图标，如果图片都使用该方式，则静态文件会增大很多，并不合适。

= 等号

3个英文字符，正好能转成4个Base64字符。那如果字符长度不是3的倍数，那应该使用什么样的规则呢？

其实也简单，我们在实际使用Base编码时，常会发现有第65个字符的存在，那就是 '=' 符号，这个等于号就是针对这种特殊情况的一种处理方式。

对于不足3个字节的地方，实际都会在后面补0，直到有24个二进制位为止。

但要注意的是，在计算字节数时，会直接使用总长度除以3，如果余数为1则会直接在最后补一个=，如果余数为2则补两个=。

因此，转码后的字符串需要补的后缀等号，要么是1个，要么是2个，具体的可以见下图：

图中第二个，使用的是单独的字符 'd'，是为了区分索引字符表里的索引0，这个时候，得到编码中，会存在一个索引0对应的A字符，而'='是直接补上2个。

非ASCII码字符

由于 Base64 仅可对 ASCII 字符进行编码，如果是中文字符等非ASCII码，就需要先将中文字符转换为ASCII字符后，再进行编码才行。

编解码方法

btoa 和 atob

JavaScript提供了两个原生方法，用来处理Base64编码：btoa() 和 atob()。

• btoa()： 将字符串或二进制值转换成Base64编码字符串。
• atob()： 对base64 编码的字符串进行解码。

btoa("you") // "eW91"
atob("eW91") // "you"

注意：

btoa方法只能直接处理ASCII码的字符，对于非ASCII码的字符，则会报错。

atob方法如果传入字符串参数不是有效的Base64编码(如非ASCII码字符)，或者其长度不是4的倍数，会报错。

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.

处理中文字符

由于btoa、atob 仅支持对ASCII字符编码，也就是单字节字符，而我们平时的中文都是 2-4 字节的字符。

因此，可以先将中文字符转为 utf-8 的编码，将utf-8编码当做字符，这样就可以对多个单字节字符进行编码。

对于中文可以使用这两个方法： encodeURIComponent() 和 decodeURIComponent()。

• encodeURIComponent()：将非ACSII码的字符进行utf-8编码
• decodeURIComponent()：解码使用

如下，编解码中文的方式：

window.btoa(encodeURIComponent("中国"))
// "JUU0JUI4JUFEJUU1JTlCJUJE"
decodeURIComponent(window.atob("JUU0JUI4JUFEJUU1JTlCJUJE"))
// "中国"

第三方库

js-base64

前端常见应用

接下来，我们了解下前端开发中常见的对Base64编码的一些使用场景。 Base64在前端方面的应用，多数都是针对图片的处理，一般都是基于DataURL的方式来使用。

Data URL 由 data:前缀、MIME类型（表明数据类型）、base64标志位（如果是文本，则可选）以及 数据本身 四部分组成。 具体的格式：data:[<mime type>][;base64],<data>。 这里的第四部分 <data> 数据本身，就是一个Base64字符串。

小图片转码

即开篇说的针对图片优化，使用Base64能减少请求数的，可以在img标签下，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==);
}

当我们使用vue或react框架时，也可以通过url-loader来配置，图标转Base64的大小：

  .loader("url-loader")
  .tap(options => {
    options.limit = 10240 // 10kb
    return options
  })

文件读取

Web环境下，有提供 FileReader 的API，用来读取文件的数据，可以通过它的 readAsDataURL() 方法，将文件数据读取为Base64编码的字符串数据：

  let reader = new FileReader()
  reader.onload = () => {
    let base64Img = reader.result
  };
  reader.readAsDataURL(file)

该方法常用在图片上传中。

Canvas生成图片

Canvas本质上是一个位图图像，它有提供 toDataURL() 方法，将画布导出生成为一张图片，该图片将以Base64编码的格式进行保存。

const dataUrl = canvasEl.toDataURL()
// data:image/png;base64,PHN2ZyB4bWxucz0iaHR0c......

其他

除处理图片展示外，还会在特殊数据传输、简单编码和加密、代码混淆、部分证书中，见到Base64编码字符串。

总结

最后再来总结一下Base64的特点：

• 将二进制数据转为字符串(ASCII码)，方便数据传输。
• 浏览器能直接展示Base64编码图片，减少请求。
• 编码后数据会大至少三分之一，需要额外的方法处理编解码。

到此这篇关于深入理解JavaScript中的Base64编码字符串的文章就介绍到这了,更多相关JavaScript Base64编码字符串内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！