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Java编程之字符集问题研究


[摘要]本文主要是对Java编程之字符集问题研究的讲解,希望对大家学习Java编程之字符集问题研究有所帮助。

  1. 概述

  本文主要包括以下几个方面:编码基本知识,java,系统软件,url,工具软件等。

  在下面的描述中,将以"中文"两个字为例,经查表可以知道其GB2312编码是"d6d0cec4",Unicode编码为"4e2d 6587",UTF编码就是"e4b8ad e69687".注意,这两个字没有iso8859-1编码,但可以用iso8859-1编码来"表示".

  2. 编码基本知识

  最早的编码是iso8859-1,和ascii编码相似。但为了方便表示各种各样的语言,逐渐出现了很多标准编码,重要的有如下几个。

  2.1. iso8859-1

  属于单字节编码,最多能表示的字符范围是0-255,应用于英文系列。比如,字母'a'的编码为0x61=97.

  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。

  2.2. GB2312/GBK

  这就是汉字的国标码,专门用来表示汉字,是双字节编码,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。

  2.3. unicode

  这是最统一的编码,可以用来表示所有语言的字符,而且是定长双字节(也有四字节的)编码,包括英文字母在内。所以可以说它是不兼容iso8859-1编码的,也不兼容任何编码。不过,相对于iso8859-1编码来说,uniocode编码只是在前面增加了一个0字节,比如字母'a'为"00 61".

  需要说明的是,定长编码便于计算机处理(注意GB2312/GBK不是定长编码),而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.

  2.4. UTF

  考虑到unicode编码不兼容iso8859-1编码,而且容易占用更多的空间:因为对于英文字母,unicode也需要两个字节来表示。所以unicode不便于传输和存储。因此而产生了utf编码,utf编码兼容iso8859-1编码,同时也可以用来表示所有语言的字符,不过,utf编码是不定长编码,每一个字符的长度从1-6个字节不等。另外,utf编码自带简单的校验功能。一般来讲,英文字母都是用一个字节表示,而汉字使用三个字节。

  注意,虽然说utf是为了使用更少的空间而使用的,但那只是相对于unicode编码来说,如果已经知道是汉字,则使用GB2312/GBK无疑是最节省的。不过另一方面,值得说明的是,虽然utf编码对汉字使用3个字节,但即使对于汉字网页,utf编码也会比unicode编码节省,因为网页中包含了很多的英文字符。

  3. java对字符的处理

  在java应用软件中,会有多处涉及到字符集编码,有些地方需要进行正确的设置,有些地方需要进行一定程度的处理。

  3.1. 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)。

  3.2. 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"4e2d6587",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.getB+ytes( "utf8" ), "utf8") === str,即完全可逆。

  3.3. 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()。javadoc上说明:This method must be called prior toreading 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。

  3.4. 处理过程

  下面分析两个有代表性的例子,说明java对编码有关问题的处理方法。

  3.4.1. 表单输入

  User input  *(gbk:d6d0 cec4)  browser *(gbk:d6d0 cec4)  web server  iso8859-1(00d6 00d 000ce00c4)  class,需要在class中进行处理:getbytes("iso8859-1")为d6d0 ce c4,new String("gbk")为d6d0 cec4,内存中以unicode编码则为4e2d 6587.

  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。

  3.4.2. 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:d6d0cec4)  compiler read  uincode(gbk: 4e2d 6587; iso8859-1: 00d600d 000ce 00c4)  compiler write  utf(gbk: e4b8ad e69687;iso8859-1: *) compiled file  unicode(gbk: 4e2d 6587; iso8859-1: 00d600d 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.

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

  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。

  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。

  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:<%@pagepageEncoding="GBK"%>.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:<%@ pagecontentType="text/html; charset= GBK" %>.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:<META http-equiv="Content-Type"content="text/html; charset=GBK" />

  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:<form accept-charset= "gb2312">.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:<Connector… URIEncoding="GBK"/>.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=\x4e\x2d\x65\x87";而UTF-8选项无效时,将发送链接"\x4e\x2d\x65\x87.html?a=\x4e\x2d\x65\x87".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"\ue4\ub8\uad\ue6\u96\u87.html?a=\u4e\u2d\u65\u87"和"\u4e\u2d\u65\u87.html?a=\u4e\u2d\u65\u87",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webserver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){

  intlLen=b.length,lCharCount=0;

  for(int i=0;i<lLen&& lCharCount<aMaxCount;++lCharCount){

  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<lCount;++j,++i) if(b[i]>=(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,StringaDefaultCharset)

  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:

  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。

  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" \xd1\xa7\xcf\xb0",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"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"语言语言",用UTF表示为"\xE8\xAF\xAD\xE8\xA8\x80 \xE8\xAA\x9E\xE8\xA8\x80",进行简繁体编码转换后应该是两个相同的 "\xE8\xAF\xAD\xE8\xA8\x80>".


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