Java字符串及其编码

 

编码：将字符以编码的形式表示
传输码，本地存储码和编码是不相同的两个概念，传输码，本地存储码是将编码以某种算法的形式进行了变换，然后进行传输，或者存储起来。

在下面的描述中，将以"中文"两个字为例，
	GB2312编码是"d6d0 cec4"，
	Unicode编码为"4e2d 6587"，
	这两个字没有iso8859-1编码，但可以用iso8859-1编码来"表示".
iso8859-1
最早的编码是iso8859-1，用来对英文字母和常见字母进行编码，由于这些英文字母和常见字母数量比较小，在256范围之内，
	而计算机是以字节为单位的，而且一个字节刚好能表示256个字母，因此定义了这种编码，编码范围一个字节。
	很明显，iso8859-1编码表示的字符范围很窄，无法表示中文字符。
	但是，由于是单字节编码，和计算机最基础的表示单位一致，所以很多时候，仍旧使用iso8859-1编码来表示。
	而且在很多协议上，默认使用该编码。
	比如，虽然"中文"两个字不存在iso8859-1编码，以gb2312编码为例，应该是"d6d0 cec4"两个字符，
	使用iso8859-1编码的时候则将它拆开为4个字节来表示："d6 d0 ce c4"（事实上，在进行存储的时候，也是以字节为单位处理的）。
	而如果是UTF编码，则是6个字节"e4 b8 ad e6 96 87".很明显，这种表示方法还需要以另一种编码为基础。

GB2312/GBK
	汉字的国标码，专门用来表示汉字，由于汉字数量比较多，一个字节范围不能容纳，应此用两个字节的范围来表示，。
	可以表示65536个字符，足以容纳所有的汉字，是属于双字节编码范围，而英文字母和iso8859-1一致（兼容iso8859-1编码）
	其中gbk编码能够用来同时表示繁体字和简体字，而gb2312只能表示简体字，gbk是兼容gb2312编码的。

unicode
	由于不同的国家有不同的编码标准，为了实现统一的编码，来表示所有语言的字符，定制了uniocode编码。这种编码的范围也是两个字节，
	可以表示：65536个字符。

而在计算机当中，这些字符是需要存储起来的，我们通常说的：
	iso8859-1：		使用单字节存储，8bit存储原始编码
	GB2312/GBK：	使用双字节存储，16bit存储原始编码，注意大，小头的问题
	unicode：		使用双字节存储，16bit存储原始编码，注意大，小头的问题
	UTF-8:			使用不定长字节(1~3), (8~24)bit存储转化编码(将Unicode编码进行转化)
	
由于unicode又可以用来表示所有字符，所以在很多软件内部是使用unicode编码来处理的，比如java.
	
	getBytes（charset）
	这是java字符串处理的一个标准函数，其作用是将字符串所表示的字符按照charset编码，并以字节方式表示。
	注意字符串在java内存中总是按unicode编码存储的。比如"中文"，正常情况下（即没有错误的时候）存储为"4e2d 6587"，
	如果charset为"gbk"，则被编码为"d6d0 cec4"，然后返回字节"d6 d0 ce c4".
	如果charset为"utf8"则最后是"e4 b8 ad e6 96 87".
	如果是"iso8859-1"，则由于无法编码，最后返回 "3f 3f"（两个问号）。

new String（charset）
	这是java字符串处理的另一个标准函数，和上一个函数的作用相反，将字节数组按照charset编码进行组合识别，最后转换为unicode存储。
	参考上述getBytes的例子，"gbk" 和"utf8"都可以得出正确的结果"4e2d 6587"，但iso8859-1最后变成了"003f 003f"（两个问号）。	
    	因为utf8可以用来表示/编码所有字符，所以new String（ str.getBytes（ "utf8" ）， "utf8" ） === str，即完全可逆。

setCharacterEncoding（）
	该函数用来设置http请求或者相应的编码。
	对于request，是指提交内容的编码，指定后可以通过getParameter（）则直接获得正确的字符串，
	如果不指定，则默认使用iso8859-1编码，需要进一步处理。
	参见下述"表单输入".值得注意的是在执行setCharacterEncoding（）之前，不能执行任何getParameter（）。
	java doc上说明：This method must be called prior to reading request parameters or reading input using getReader（）。
	而且，该指定只对POST方法有效，对GET方法无效。分析原因，应该是在执行第一个getParameter（）的时候，
	java将会按照编码分析所有的提交内容，而后续的getParameter（）不再进行分析，所以setCharacterEncoding（）无效。
	而对于GET方法提交表单是，提交的内容在URL中，一开始就已经按照编码分析所有的提交内容，setCharacterEncoding（）自然就无效。

    	对于response，则是指定输出内容的编码，同时，该设置会传递给浏览器，告诉浏览器输出内容所采用的编码。

处理过程
	表单输入
	User input *（gbk：d6d0 cec4） browser *（gbk：d6d0 cec4） web server iso8859-1（00d6 00d 000ce 00c4） class，
	需要在class中进行处理：getbytes（"iso8859-1"）为d6 d0 ce c4，new String（"gbk"）为d6d0 cec4，内存中以unicode编码则为4e2d 6587.
	l 用户输入的编码方式和页面指定的编码有关，也和用户的操作系统有关，所以是不确定的，上例以gbk为例。
	从browser到web server，可以在表单中指定提交内容时使用的字符集，否则会使用页面指定的编码。
	而如果在url中直接用？的方式输入参数，则其编码往往是操作系统本身的编码，因为这时和页面无关。上述仍旧以gbk编码为例。
	Web server接收到的是字节流，默认时（getParameter）会以iso8859-1编码处理之，结果是不正确的，所以需要进行处理。
	但如果预先设置了编码（通过request. setCharacterEncoding （）），则能够直接获取到正确的结果。
	在页面中指定编码是个好习惯，否则可能失去控制，无法指定正确的编码

	文件编译
	假设文件是gbk编码保存的，而编译有两种编码选择：gbk或者iso8859-1，前者是中文windows的默认编码，后者是linux的默认编码，当然也可以在编译时指定编码。

    Jsp *（gbk：d6d0 cec4） java file *（gbk：d6d0 cec4） compiler read uincode（gbk： 4e2d 6587； iso8859-1： 00d6 00d 000ce 00c4） compiler write utf（gbk： e4b8ad e69687； iso8859-1： *） compiled file unicode（gbk： 4e2d 6587； iso8859-1： 00d6 00d 000ce 00c4） class.所以用gbk编码保存，而用iso8859-1编译的结果是不正确的。

    class unicode（4e2d 6587） system.out / jsp.out gbk（d6d0 cec4） os console / browser.

    l 文件可以以多种编码方式保存，中文windows下，默认为ansi/gbk.

    l 编译器读取文件时，需要得到文件的编码，如果未指定，则使用系统默认编码。一般class文件，是以系统默认编码保存的，所以编译不会出问题，但对于jsp文件，如果在中文windows下编辑保存，而部署在英文linux下运行/编译，则会出现问题。所以需要在jsp文件中用pageEncoding指定编码。

    l Java编译的时候会转换成统一的unicode编码处理，最后保存的时候再转换为utf编码。

    l 当系统输出字符的时候，会按指定编码输出，对于中文windows下，System.out将使用gbk编码，而对于response（浏览器），则使用jsp文件头指定的contentType，或者可以直接为response指定编码。同时，会告诉browser网页的编码。如果未指定，则会使用iso8859-1编码。对于中文，应该为browser指定输出字符串的编码。

    l browser显示网页的时候，首先使用response中指定的编码（jsp文件头指定的contentType最终也反映在response上），如果未指定，则会使用网页中meta项指定中的contentType.
    	
    	3.5. 几处设置

    对于web应用程序，和编码有关的设置或者函数如下。

    3.5.1. jsp编译

    指定文件的存储编码，很明显，该设置应该置于文件的开头。例如：。另外，对于一般class文件，可以在编译的时候指定编码。

    3.5.2. jsp输出

    指定文件输出到browser是使用的编码，该设置也应该置于文件的开头。例如：。该设置和response.setCharacterEncoding（"GBK"）等效。

    3.5.3. meta设置

    指定网页使用的编码，该设置对静态网页尤其有作用。因为静态网页无法采用jsp的设置，而且也无法执行response.setCharacterEncoding（）。例如：

    如果同时采用了jsp输出和meta设置两种编码指定方式，则jsp指定的优先。因为jsp指定的直接体现在response中。

    需要注意的是，apache有一个设置可以给无编码指定的网页指定编码，该指定等同于jsp的编码指定方式，所以会覆盖静态网页中的meta指定。所以有人建议关闭该设置。

    3.5.4. form设置

    当浏览器提交表单的时候，可以指定相应的编码。例如：。一般不必不使用该设置，浏览器会直接使用网页的编码。

    4. 系统软件

    下面讨论几个相关的系统软件。

    4.1. mysql数据库

    很明显，要支持多语言，应该将数据库的编码设置成utf或者unicode，而utf更适合与存储。但是，如果中文数据中包含的英文字母很少，其实unicode更为适合。

    数据库的编码可以通过mysql的配置文件设置，例如default-character-set=utf8.还可以在数据库链接URL中设置，例如： useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8.注意这两者应该保持一致，在新的sql版本里，在数据库链接URL里可以不进行设置，但也不能是错误的设置。

    4.2. apache

    appache和编码有关的配置在httpd.conf中，例如AddDefaultCharset UTF-8.如前所述，该功能会将所有静态页面的编码设置为UTF-8，最好关闭该功能。

    另外，apache还有单独的模块来处理网页响应头，其中也可能对编码进行设置。

    4.3. linux默认编码

    这里所说的linux默认编码，是指运行时的环境变量。两个重要的环境变量是LC_ALL和LANG，默认编码会影响到java URLEncode的行为，下面有描述。

    建议都设置为"zh_CN.UTF-8".

    4.4. 其它

    为了支持中文文件名，linux在加载磁盘时应该指定字符集，例如：mount /dev/hda5 /mnt/hda5/ -t ntfs -o iocharset=gb2312.

    另外，如前所述，使用GET方法提交的信息不支持request.setCharacterEncoding（），但可以通过tomcat的配置文件指定字符集，在tomcat的server.xml文件中，形如：。这种方法将统一设置所有请求，而不能针对具体页面进行设置，也不一定和browser使用的编码相同，所以有时候并不是所期望的。

    5. URL地址

    URL地址中含有中文字符是很麻烦的，前面描述过使用GET方法提交表单的情况，使用GET方法时，参数就是包含在URL中。

    5.1. URL编码

    对于URL中的一些特殊字符，浏览器会自动进行编码。这些字符除了"/？&"等外，还包括unicode字符，比如汉子。这时的编码比较特殊。

    IE有一个选项"总是使用UTF-8发送URL"，当该选项有效时，IE将会对特殊字符进行UTF-8编码，同时进行URL编码。如果改选项无效，则使用默认编码"GBK"，并且不进行URL编码。但是，对于URL后面的参数，则总是不进行编码，相当于UTF-8选项无效。比如"中文。html？a=中文"，当UTF-8选项有效时，将发送链接"%e4%b8%ad%e6%96%87.html？a=x4ex2dx65x87"；而UTF-8选项无效时，将发送链接"x4ex2dx65x87.html？a=x4ex2dx65x87".注意后者前面的"中文"两个字只有4个字节，而前者却有18个字节，这主要时URL编码的原因。

    当web server（tomcat）接收到该链接时，将会进行URL解码，即去掉"%"，同时按照ISO8859-1编码（上面已经描述，可以使用URLEncoding来设置成其它编码）识别。上述例子的结果分别是"ue4ub8uadue6u96u87.html？a=u4eu2du65u87"和"u4eu2du65u87.html？a=u4eu2du65u87"，注意前者前面的"中文"两个字恢复成了6个字符。这里用"u"，表示是unicode.

    所以，由于客户端设置的不同，相同的链接，在服务器上得到了不同结果。这个问题不少人都遇到，却没有很好的解决办法。所以有的网站会建议用户尝试关闭UTF-8选项。不过，下面会描述一个更好的处理办法。

    5.2. rewrite

    熟悉的人都知道，apache有一个功能强大的rewrite模块，这里不描述其功能。需要说明的是该模块会自动将URL解码（去除%），即完成上述web server（tomcat）的部分功能。有相关文档介绍说可以使用[NE]参数来关闭该功能，但我试验并未成功，可能是因为版本（我使用的是apache 2.0.54）问题。另外，当参数中含有"？& "等符号的时候，该功能将导致系统得不到正常结果。

    rewrite本身似乎完全是采用字节处理的方式，而不考虑字符串的编码，所以不会带来编码问题。

    5.3. URLEncode.encode（）

    这是Java本身提供对的URL编码函数，完成的工作和上述UTF-8选项有效时浏览器所做的工作相似。值得说明的是，java已经不赞成不指定编码来使用该方法（deprecated）。应该在使用的时候增加编码指定。

    当不指定编码的时候，该方法使用系统默认编码，这会导致软件运行结果得不确定。比如对于"中文"，当系统默认编码为"gb2312"时，结果是"%4e%2d%65%87"，而默认编码为"UTF-8"，结果却是"%e4%b8%ad%e6%96%87"，后续程序将难以处理。另外，这儿说的系统默认编码是由运行tomcat时的环境变量LC_ALL和LANG等决定的，曾经出现过tomcat重启后就出现乱码的问题，最后才郁闷的发现是因为修改修改了这两个环境变量。

    建议统一指定为"UTF-8"编码，可能需要修改相应的程序。
    	
    	5.4. 一个解决方案

    上面说起过，因为浏览器设置的不同，对于同一个链接，web server收到的是不同内容，而软件系统有无法知道这中间的区别，所以这一协议目前还存在缺陷。

    针对具体问题，不应该侥幸认为所有客户的IE设置都是UTF-8有效的，也不应该粗暴的建议用户修改IE设置，要知道，用户不可能去记住每一个web server的设置。所以，接下来的解决办法就只能是让自己的程序多一点智能：根据内容来分析编码是否UTF-8.

    比较幸运的是UTF-8编码相当有规律，所以可以通过分析传输过来的链接内容，来判断是否是正确的UTF-8字符，如果是，则以UTF-8处理之，如果不是，则使用客户默认编码（比如"GBK"），下面是一个判断是否UTF-8的例子，如果你了解相应规律，就容易理解。

public static boolean isValidUtf8(byte[] b,int aMaxCount){

int lLen=b.length,lCharCount=0;

for(int i=0;i 
byte lByte=b[i++];//to fast operation, ++ now, ready for the following for(;;)

if(lByte>=0) continue;//>=0 is normal ascii

if(lByte<(byte)0xc0 || lByte>(byte)0xfd) return false;

int lCount=lByte>(byte)0xfc?5:lByte>(byte)0xf8?4

:lByte>(byte)0xf0?3:lByte>(byte)0xe0?2:1;

if(i+lCount>lLen) return false;

for(int j=0;j=(byte)0xc0) return false;

}

return true;

}

    相应地，一个使用上述方法的例子如下：

public static String getUrlParam(String aStr,String aDefaultCharset)

throws UnsupportedEncodingException{

if(aStr==null) return null;

byte[] lBytes=aStr.getBytes("ISO-8859-1");

return new String(lBytes,StringUtil.isValidUtf8(lBytes)?"utf8":aDefaultCharset);

}
    不过，该方法也存在缺陷，如下两方面：

    l 没有包括对用户默认编码的识别，这可以根据请求信息的语言来判断，但不一定正确，因为我们有时候也会输入一些韩文，或者其他文字。

    l 可能会错误判断UTF-8字符，一个例子是"学习"两个字，其GBK编码是" xd1xa7xcfxb0"，如果使用上述isValidUtf8方法判断，将返回true.可以考虑使用更严格的判断方法，不过估计效果不大。

    有一个例子可以证明google也遇到了上述问题，而且也采用了和上述相似的处理方法，比如，如果在地址栏中输入"http://www.google.com/search？hl=zh-CN&newwindow=1&q=学习"，google将无法正确识别，而其他汉字一般能够正常识别。

    最后，应该补充说明一下，如果不使用rewrite规则，或者通过表单提交数据，其实并不一定会遇到上述问题，因为这时可以在提交数据时指定希望的编码。另外，中文文件名确实会带来问题，应该谨慎使用。

    6. 其它

    下面描述一些和编码有关的其他问题。

    6.1. SecureCRT

    除了浏览器和控制台与编码有关外，一些客户端也很有关系。比如在使用SecureCRT连接linux时，应该让SecureCRT的显示编码（不同的session，可以有不同的编码设置）和linux的编码环境变量保持一致。否则看到的一些帮助信息，就可能是乱码。

    另外，mysql有自己的编码设置，也应该保持和SecureCRT的显示编码一致。否则通过SecureCRT执行sql语句的时候，可能无法处理中文字符，查询结果也会出现乱码。

    对于Utf-8文件，很多编辑器（比如记事本）会在文件开头增加三个不可见的标志字节，如果作为mysql的输入文件，则必须要去掉这三个字符。（用linux的vi保存可以去掉这三个字符）。一个有趣的现象是，在中文windows下，创建一个新txt文件，用记事本打开，输入"连通"两个字，保存，再打开，你会发现两个字没了，只留下一个小黑点。

    6.2. 过滤器

    如果需要统一设置编码，则通过filter进行设置是个不错的选择。在filter class中，可以统一为需要的请求或者回应设置编码。参加上述setCharacterEncoding（）。这个类apache已经给出了可以直接使用的例子SetCharacterEncodingFilter.

    6.3. POST和GET

    很明显，以POST提交信息时，URL有更好的可读性，而且可以方便的使用setCharacterEncoding（）来处理字符集问题。但GET方法形成的URL能够更容易表达网页的实际内容，也能够用于收藏。

    从统一的角度考虑问题，建议采用GET方法，这要求在程序中获得参数是进行特殊处理，而无法使用setCharacterEncoding（）的便利，如果不考虑rewrite，就不存在IE的UTF-8问题，可以考虑通过设置URIEncoding来方便获取URL中的参数。

    6.4. 简繁体编码转换

    GBK同时包含简体和繁体编码，也就是说同一个字，由于编码不同，在GBK编码下属于两个字。有时候，为了正确取得完整的结果，应该将繁体和简体进行统一。可以考虑将UTF、GBK中的所有繁体字，转换为相应的简体字，BIG5编码的数据，也应该转化成相应的简体字。当然，仍旧以UTF编码存储。

    例如，对于"语言 ？言"，用UTF表示为"xE8xAFxADxE8xA8x80 xE8xAAx9ExE8xA8x80"，进行简繁体编码转换后应该是两个相同的 "xE8xAFxADxE8xA8x80>".