字符串编码(charset,encoding/decoding)问题原理 博客分类： Web JVM浏览器数据结构RubyWindows
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2024-03-18 22:25:22
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字符串编码(charset, encoding/decoding)问题原理
编码问题很重要，关于编码问题的文章也很多。我本来没有兴趣重复这个主题。
一个朋友问我有没有比较好的编码介绍文章。我记得以前看过几篇很不错的，但是当时搜索到的时候，就比较费劲，一时想不起来。于是，我就说，我攒一篇好了。
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编码无处不在。Database, file, editor, IDE, compiler, browser。
代码（比如java, jsp, asp, php, python, ruby etc）里面的字符串比较麻烦，涉及到editor, compiler, interpreter等等。
所以，我的做法是，从来不在代码里面直接写字符串资源，尤其是双字节编码的字符串资源。
都是把字符串资源分离到一个单独的资源文件里面。这样，只需要照管这个文件的编码就够了。
需要注意的一点是，文件里面、数据库里面、网络传输需要的数据，都是byte[]。
以下的讨论，不涉及代码里面的字符串编码问题。只讨论系统运行起来之后，各部分之间的编码问题。
先说Java。
JVM里面的任何字符串资源都是Unicode，就是说，任何String类型的数据都是Unicode编码。没有例外。既然只有一种编码，那么，我们可以这么说，JVM里面的String是不带编码的。String相当于 char[]。
JVM里面的 byte[] 数据是带编码的。比如，Big5，GBK，GB2312，UTF-8之类的。
一个GBK编码的byte[] 转换成 String，其实就是从GBK编码向Unicode编码转换。
一个String转换成一个Big5编码的byte[]，其实就是从Unicode编码向Big5编码转换。
所以，Unicode是所有编码转换的中间介质。所有的编码都有一个转换器可以转换到Unicode，而Unicode也可以转换到其他所有的编码。这样构成了一个总线结构。
比如，如果总共有10种编码，那么只需要 10 + 10 = 20个转换器就够了。如果要是两两直接转换，那么，需要的转换器数量是一个组合数字，需要90个转换器。
一个系统的不同部分，都有自己的编码。比如，数据库，文件，JVM，浏览器这4个部分。
在这些部分之间数据交换的地方，就会出现编码问题。比如，数据库和JVM之间，文件和JVM之间，浏览器和JVM之间。这些问题的原理都是相通的。
编码问题最容易处理的地方是文件和JVM之间。文件IO API带有encoding 参数，请自行查阅。
最不容易出现编码问题的地方是数据库和JVM之间。这应该是数据库JDBC连接的基本功能。本文不专门进行讨论。
最容易出问题的地方是浏览器和服务器JVM之间（其实，代码里面的字符串更容易出问题，不过，我已经事先声明，本文不讨论代码中的字符串编码）。下面主要讨论这块浏览器和服务器JVM之间的编码问题。
我们把浏览器编码叫做 Browser_Charset，把JVM编码叫做JVM_Charset（通常等于服务器系统编码）。
当浏览器的数据过来的时候，是一个带有Browser_Charset的byte[]。
如果用户处理程序需要一个String类型的数据，那么JVM会好心好意地把这个byte[]转换成String。使用的转换器是 JVM_Charset -> Unicode。
注意，如果这个时候，Browser_Charset 和 JVM_Charset并不相等。那么，这个自动转换是错误的。
为了弥补这个错误。我们需要做两步工作。
(1) Unicode -> JVM_Charset，把这个String 转换回到原来的 byte[]。
(2) Browser_Charset -> Unicode，把这个还原的byte[]转换成 String。
这个效果，和直接从HTTP Request取得byte[]，然后执行 (2) Browser_Charset -> Unicode 的效果是一样的。
如果在Request里面设置了CharacterEncoding，那么POST Data参数就不需要自己手工转换了，web server的自动转换就是正确的。URL的参数编码还涉及到URL编码，需要考虑的问题多一些，没有这么简单。
JVM把数据发到浏览器的时候。也需要考虑编码问题。可以在Response里面设置。另外，HTML Meta Header里面也可以设置编码，提醒Browser选择正确编码。
有些语言的VM或者解释器的字符串编码可能不同。比如，Ruby。不过，编码转换原理都是一样的。
That is all.
编码问题很重要，关于编码问题的文章也很多。我本来没有兴趣重复这个主题。
一个朋友问我有没有比较好的编码介绍文章。我记得以前看过几篇很不错的，但是当时搜索到的时候，就比较费劲，一时想不起来。于是，我就说，我攒一篇好了。
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编码无处不在。Database, file, editor, IDE, compiler, browser。
代码（比如java, jsp, asp, php, python, ruby etc）里面的字符串比较麻烦，涉及到editor, compiler, interpreter等等。
所以，我的做法是，从来不在代码里面直接写字符串资源，尤其是双字节编码的字符串资源。
都是把字符串资源分离到一个单独的资源文件里面。这样，只需要照管这个文件的编码就够了。
需要注意的一点是，文件里面、数据库里面、网络传输需要的数据，都是byte[]。
以下的讨论，不涉及代码里面的字符串编码问题。只讨论系统运行起来之后，各部分之间的编码问题。
先说Java。
JVM里面的任何字符串资源都是Unicode，就是说，任何String类型的数据都是Unicode编码。没有例外。既然只有一种编码，那么，我们可以这么说，JVM里面的String是不带编码的。String相当于 char[]。
JVM里面的 byte[] 数据是带编码的。比如，Big5，GBK，GB2312，UTF-8之类的。
一个GBK编码的byte[] 转换成 String，其实就是从GBK编码向Unicode编码转换。
一个String转换成一个Big5编码的byte[]，其实就是从Unicode编码向Big5编码转换。
所以，Unicode是所有编码转换的中间介质。所有的编码都有一个转换器可以转换到Unicode，而Unicode也可以转换到其他所有的编码。这样构成了一个总线结构。
比如，如果总共有10种编码，那么只需要 10 + 10 = 20个转换器就够了。如果要是两两直接转换，那么，需要的转换器数量是一个组合数字，需要90个转换器。
一个系统的不同部分，都有自己的编码。比如，数据库，文件，JVM，浏览器这4个部分。
在这些部分之间数据交换的地方，就会出现编码问题。比如，数据库和JVM之间，文件和JVM之间，浏览器和JVM之间。这些问题的原理都是相通的。
编码问题最容易处理的地方是文件和JVM之间。文件IO API带有encoding 参数，请自行查阅。
最不容易出现编码问题的地方是数据库和JVM之间。这应该是数据库JDBC连接的基本功能。本文不专门进行讨论。
最容易出问题的地方是浏览器和服务器JVM之间（其实，代码里面的字符串更容易出问题，不过，我已经事先声明，本文不讨论代码中的字符串编码）。下面主要讨论这块浏览器和服务器JVM之间的编码问题。
我们把浏览器编码叫做 Browser_Charset，把JVM编码叫做JVM_Charset（通常等于服务器系统编码）。
当浏览器的数据过来的时候，是一个带有Browser_Charset的byte[]。
如果用户处理程序需要一个String类型的数据，那么JVM会好心好意地把这个byte[]转换成String。使用的转换器是 JVM_Charset -> Unicode。
注意，如果这个时候，Browser_Charset 和 JVM_Charset并不相等。那么，这个自动转换是错误的。
为了弥补这个错误。我们需要做两步工作。
(1) Unicode -> JVM_Charset，把这个String 转换回到原来的 byte[]。
(2) Browser_Charset -> Unicode，把这个还原的byte[]转换成 String。
这个效果，和直接从HTTP Request取得byte[]，然后执行 (2) Browser_Charset -> Unicode 的效果是一样的。
如果在Request里面设置了CharacterEncoding，那么POST Data参数就不需要自己手工转换了，web server的自动转换就是正确的。URL的参数编码还涉及到URL编码，需要考虑的问题多一些，没有这么简单。
JVM把数据发到浏览器的时候。也需要考虑编码问题。可以在Response里面设置。另外，HTML Meta Header里面也可以设置编码，提醒Browser选择正确编码。
有些语言的VM或者解释器的字符串编码可能不同。比如，Ruby。不过，编码转换原理都是一样的。
That is all.