深入理解 Java 乱码问题

前言

这段时间在看 TCP/IP 网络通信这块,好奇我的电脑和局域网中电脑怎样通信,又怎样外网通信,Mysql 相关的博客延期执行了。

好久没写博客了,就把以前的博客整理一下,发布到自己的网站上去。

乱码问题说难不难,一句话解决,编码和解码采用相同的 charset (字符集)。

如果深究,需要了解的东西挺多的:

  • Java 中字符串和 Unicode 的关系
  • Unicode 和 UTF-8、GBK 的关系
  • 原码,反码,补码(因为 java 采用补码存储)

Java 中字符串

在 java 中定义字符串

@Test
public void run1() {
    String a = "a";
    System.out.println(a);
    String b = "\u261d";
    System.out.println(b);// ☝
    String ding = "\u4E00";
    System.out.println(ding);// 一
}

java 中字符串与 Unicode 有什么关系呢?

public class Str {
    public static void main(String[] args) {
        char char1 = '一';
        String str1 = "丁万";
        System.out.println(char1);
        System.out.println(str1);
    }
}

编译之后的 class 文件,采用了 Uincode 字符集。

比如你源码 java 文件为 utf-8,编译之后采用 Uincode 字符集。

源码文件为 GBK,编译之后采用 Uincode 字符集。

从下图展示结果可以推出上述结论。

在线进制转换

对应 Uincode 码点为 4E00,十进制为:19968

对应 Uincode 码点为 4E01

对应 Uincode 码点为 4E07

idea 自带的插件 ByteCodeViewer 和安装的插件 jclasslib。在导航栏 View 下可以看到。

image-20200606172050099

<font color=red> java 内存中的字符串采用的是 unicode 字符集,也就是内编码。不管怎么编码解码,最后的字符串都会用 unicode 字符集   </font>

public class Str {
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        String str = "字符串编译之后为 unicode 字符集";

        final String charsetName = "UTF-8";
       
        // 使用 UTF-8 编码为字节
        final byte[] bytes = str.getBytes(charsetName);

        // 解码为字符串,编码和解码采用同样的编码规则 UTF-8
        final String x = new String(bytes, charsetName);
       
        // 打印 23383,字的 16 进制码点为 5B57 转为十进制为 23383
        System.out.println(x.codePointAt(0));
        System.out.println(x);


        final String gbk = "GBK";
       
        // 使用 GBK 编码为字节
        final byte[] gbks = str.getBytes(gbk);
       
        // 解码为字符串,编码和解码采用同样的编码规则 GBK
        final String x1 = new String(gbks, gbk);

        // 打印 23383,字的 16 进制码点为 5B57 转为十进制为 23383
        System.out.println(x1.codePointAt(0));
        System.out.println(x1);
    }
}

java 乱码思考题

来个例子体验下怎样解决乱码问题,这个算是模拟乱码解决的场景了

@Test
public void run100() throws UnsupportedEncodingException {
    String str = "张攀钦";
    final byte[] gbks = str.getBytes("GBK");
    final String s = new String(gbks, "UTF-8");
    // 以上代码不允许修改
    
    // 你有办法将 s 变为不乱码吗
}

<font color=red>以上内容你了解了,基本不用往下看了,下面是我验证我对 Uincode 字符集和 UTF-8 、GBK  理解 。</font>

Unicode 和 UTF-8 的关系

Uincode 编码表

Uincode 是一个字符集。它规定了我们使用到的字或符号的码点(code point)。码点使用 16 进制保存。

Uincode 字符集规定 的码点为 4E00。

Uincode 字符集规定 的码点为 4E01。

计算机呢只能识别二进制的 0 和 1。而 UTF-8 指的是编码规则,定义了 码点 怎么保存成二进制。

十进制 Unicode符号范围(十六进制) UTF-8编码方式(二进制)
0-127 0000 0000-0000 007F 0xxxxxxx
128-2047 0000 0080-0000 07FF 110xxxxx 10xxxxxx
2048-65535 0000 0800-0000 FFFF 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
65536-1114111 0001 0000-0010 FFFF 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

上述表格简单描述了Unicode 按 UTF-8 编码的格式。

  • 首先将 16 进制的码点,通过进制转换 为十进制
  • 然后使用十进制的数字查找上述表格处于哪个范围中,得出编码规则。
  • 然后将码点转换为 2 进制,从低位到高位替换 x 即可得到字二进制的原码
  • 将二进制的原码转换为补码存储。

Java基础-原码反码补码

代码验证猜想

为例子讲解, 的码点为:8D75

的 16 进制的码点转换为 10 进制:36213

36213 处于 2048-65535 ,得出对应的 UTF-8 编码格式为:1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

赵的 16 进制码点 8D75 转换为二进制 1000 110101 110101

1000 110101 110101 二进制填充在 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 中的 x 中,不足的补 0.

补充完为:11101000 10110101 10110101

对三个字节分别求补码为:

原码:11101000 10110101 10110101

补码:10011000 11001011 11001011

每个字节的第一位表示是正数还是负数。 1 表示负数,0 表示正数。

补码对应 java 中的字节数组为:{-24,-75,-75}

@Test
public void run454() throws UnsupportedEncodingException {
    String str ="赵";
    final byte[] bytes = str.getBytes("UTF-8");
    StringBuilder stringBuilder =new StringBuilder();

    for (byte aByte : bytes) {
        stringBuilder.append(aByte).append(",");
    }

    System.out.println(stringBuilder.toString());
}

为了再次确认我的逻辑是否正确,我再使用 字验证

的码点: 4E14

16 进制的码点转换为 10 进制:19988

19988 处于 2048-65535 ,得出对应的 UTF-8 编码格式为:1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

16 进制的码点转换成二进制:100111000010100。

100 111000 010100 填入对应的编码格式 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 的 x,没有填充的 x 用 0 替换。

原码:11100100 10111000 10010100

补码:10011100 11001000 11101100

补码对应的字节数组为:{-28,-72,-108}

@Test
public void run43() throws UnsupportedEncodingException {

    // {-28,-72,-108}
    String str ="且";
    final byte[] bytes = str.getBytes("UTF-8");
    StringBuilder stringBuilder =new StringBuilder();

    for (byte aByte : bytes) {
        stringBuilder.append(aByte).append(",");
    }

    System.out.println(stringBuilder.toString());
}

Uinocde 与 GBK 转码

GBK 编码表

赵的 GBK 码点为:D5D4

十六进制码点转换为二进制:11010101 11010100
源码:11010101 11010100
补码:10101011 10101100

补码对应的字节数组为:{-43,-44}

@Test
public void run454() throws UnsupportedEncodingException {
    String str ="赵";
    final byte[] bytes = str.getBytes("GBK");
    StringBuilder stringBuilder =new StringBuilder();

    for (byte aByte : bytes) {
        stringBuilder.append(aByte).append(",");
    }
    // -43,-44
    System.out.println(stringBuilder.toString());
}

上述思考题见解

@Test
public void run100() throws UnsupportedEncodingException {
    String str = "张攀钦";
    final byte[] gbks = str.getBytes("GBK");
    final String s = new String(gbks, "UTF-8");
    // 以上代码不允许修改
    
    // 你有办法将 s 变为不乱码吗
}

可能你会这样想

@Test
public void run100() throws UnsupportedEncodingException {
    String str = "张攀钦";
    final byte[] gbks = str.getBytes("GBK");
    final String s = new String(gbks, "UTF-8");
    // 以上代码不允许修改
    
    // 你有办法将 s 变为不乱码吗
    
    final byte[] error_s = s.getBytes("UTF-8");
    
    // 打印依然是乱码
    System.out.println(new String(error_s,"GBK"));
}

编码:字符串到字节。

解码:字节到字符串。

当我们读取文件的时候实际读取的是字节。然后根据文件的编码格式,将字节解码成字符串。乱码问题容易出现的地方就是这里。

不要妄想在 java 中将一个乱码的字符串变量变成一个非乱码的。这个思路是错误的。应该从乱码之前的字节着手处理。

这里的 s 实际上就是乱码的字符串了,你怎么改变它都回不到 str

因为 sstr 的字节压根不是一个东西了。

@Test
public void run100() throws UnsupportedEncodingException {
    String str = "张攀钦";
    final byte[] gbks = str.getBytes("GBK");
    final String s = new String(gbks, "UTF-8");
    System.out.println(s);
}

解决乱码问题的思路,是先确定在哪里开始的乱码,这里开始向上查代码,看哪里解码采用了错误的编码规则。

image-20200606190126427

上述场景实际是对不乱码的 gbks 采用了错误的解码规则,我们只要换一下解码规则就行了。

@Test
public void run100() throws UnsupportedEncodingException {
    String str = "张攀钦";
    final byte[] gbks = str.getBytes("GBK");
    final String s = new String(gbks, "GBK");
    System.out.println(s);
}

本文由 张攀钦的博客 http://www.mflyyou.cn/ 创作。 可自由转载、引用,但需署名作者且注明文章出处。

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