Node.js base64 详解

什么是 base64？

在计算机科学中，base64 是一种将二进制数据编码成 ASCII 字符串的编码方式。它常被用于在网络传输中将图片、音频、视频等二进制数据转换成文本格式，以便方便地进行传输和处理。

base64 编码原理

base64 编码使用 64 个字符来表示任意二进制数据。这 64 个字符由大小写字母、数字和两个额外的符号组成，具体如下所示：

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/

base64 编码的原理是将每连续的 3 个字节（24 个位）划分成 4 组，每组 6 个位，并将这些 6 个位的值转换为一个对应的 base64 字符。如果字节不足 3 个，会进行特殊的填充操作。

例如，对于输入数据 Man，ASCII 码对应的十进制值是 [77, 97, 110]，转换为二进制后为 [01001101, 01100001, 01101110]。将这 3 个字节的二进制按照 base64 编码规则划分为 4 组：

010011 010110 000101 101110

然后将每组 6 个位的二进制转换为十进制，分别得到 19, 22, 5, 46。根据 base64 字符编码表，分别得到 T, W, F, u。最终，将这 4 个字符拼接在一起，得到 TWFu。

进行 base64 编码转换时，需要注意以下几点：

输入数据的长度必须是 3 的倍数。如果不是，会进行特殊的填充操作。
输入数据中的每个字节需要进行二进制转换后再进行处理。

Node.js 中的 base64 模块

在 Node.js 中，我们可以使用 Buffer 类来进行 base64 编码和解码操作。在 Node.js v6.0.0 之后的版本中，已经将 Buffer 类抽离成一个独立的模块，因此我们需要显式地引入 buffer 模块。

首先，我们可以使用 Buffer.from() 方法将文本或二进制数据转换成一个 Buffer 对象。例如，下面的示例代码将一个文本字符串转换为 Buffer 对象：

const buffer = Buffer.from('Hello, world!', 'utf8');
console.log(buffer);

运行以上代码，我们可以看到输出结果如下：

<Buffer 48 65 6c 6c 6f 2c 20 77 6f 72 6c 64 21>

其中，48, 65, 6c, ... 十六进制数字表示了 'Hello, world!' 字符串中的每个字符的 ASCII 码值。这个 Buffer 对象中保存了输入数据的原始形式。

接下来，我们可以使用 buffer.toString() 方法将 Buffer 对象转换回字符串形式。例如，下面的示例代码将上述的 Buffer 对象转换为字符串：

const buffer = Buffer.from('Hello, world!', 'utf8');
const text = buffer.toString('utf8');
console.log(text);

运行以上代码，我们可以看到输出结果如下：

Hello, world!

将数据转换为 Buffer 对象后，我们可以使用 buffer.toString('base64') 方法进行 base64 编码。例如，下面的示例代码将一个 Buffer 对象转换为 base64 字符串：

const buffer = Buffer.from('Hello, world!', 'utf8');
const base64 = buffer.toString('base64');
console.log(base64);

运行以上代码，我们可以看到输出结果如下：

SGVsbG8sIHdvcmxkIQ==

同样地，我们可以通过 Buffer.from(base64, 'base64') 方法将 base64 字符串解码为 Buffer 对象。例如，下面的示例代码将一个 base64 字符串解码为 Buffer 对象并转换为字符串：

const base64 = 'SGVsbG8sIHdvcmxkIQ==';
const buffer = Buffer.from(base64, 'base64');
const text = buffer.toString('utf8');
console.log(text);

运行以上代码，我们可以看到输出结果如下：

Hello, world!

使用 base64 编码的应用场景

base64 编码由于其简单、可逆的特性，在很多应用场景中得到了广泛的应用。

在网络传输中传递二进制数据

在网络传输中，常常需要传递二进制数据，例如图片、音频、视频等文件。由于 HTTP 协议只支持传输文本数据，因此需要将二进制数据转换为文本格式进行传输。base64 编码正是用于这个目的。通过将二进制数据转换为 base64 字符串，可以方便地将其作为文本数据进行传输，并在接收端将其还原为二进制数据。

在使用 base64 进行二进制数据传输时，需要注意编码和解码的性能开销。由于 base64 编码会增加数据的长度，因此在传输大型文件时，可能会增加网络传输的时间和带宽的消耗。

存储敏感数据

在一些场景中，敏感数据需要在存储时进行保护，以防止未经授权的访问。例如，数据库中的密码字段可以进行 base64 编码后再存储，以增加数据的安全性。

需要注意的是，base64 编码并不是加密。任何人都可以对 base64 编码的数据进行解码，因此在存储敏感数据时，建议结合加密算法进行更加安全的存储。

在网页中嵌入图片

在网页中，我们常常需要通过 <img> 标签来显示图片。而在 HTML 中，只能直接使用文本数据。因此，在将图片嵌入网页时，需要将图片的二进制数据转换为 base64 字符串，并将其作为 <img> 标签的 src 属性值，从而实现在网页中显示图片。

以下是一个将图片转换为 base64 字符串并在网页中显示的示例代码：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Base64 Image Example</title>
</head>
<body>
  <img src="data:image/png;base64,iVBORw0KG..."/>
</body>
</html>

其中，data:image/png;base64,iVBORw0KG... 是一个以 data: 开头的特殊 URL。image/png 表示图片的 MIME 类型，iVBORw0KG... 是具体的 base64 编码数据。通过这种方式，可以在网页中直接显示由 base64 编码的图片。

需要注意的是，由于 base64 编码会增加数据的大小，因此在将大型图片嵌入网页时，可能会增加网页加载的时间和带宽的消耗。