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2022-11-06
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title: 彻底弄懂Java中的Unicode和UTF-8编码 shortTitle: 彻底弄懂Unicode和UTF-8编码 category: - Java核心 tag: - Java重要知识点 description: Java程序员进阶之路，小白的零基础Java教程，从入门到进阶，彻底弄懂Java中的Unicode和UTF-8编码 head: - - meta - name: keywords

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“二哥，上一篇文章中提到了 Unicode，说 Java 中的 char 类型之所以占 2 个字节，是因为 Java 使用的是 Unicode 字符集而不是 ASCII 字符集，我有点迷，想了解一下，能细致给我说说吗？”

“当然没问题啊，三妹。”

1）ASCII

对于计算机来说，只认 0 和 1，所有的信息最终都是一个二进制数。一个二进制数要么是 0，要么是 1，所以 8 个二进制数放在一起（一个字节），就会组合出 256 种状态，也就是 2 的 8 次方（2^8），从 00000000 到 11111111。

ASCII 码由电报码发展而来，第一版标准发布于 1963 年，最后一次更新则是在1986 年，至今为止共定义了 128 个字符。其中 33 个字符无法显示在一般的设备上，需要用特殊的设备才能显示。

ASCII 码的局限在于只能显示 26 个基本拉丁字母、阿拉伯数字和英式标点符号，因此只能用于显示现代美国英语，对于其他一些语言则无能无力，比如在法语中，字母上方有注音符号，它就无法用 ASCII 码表示。

PS：拉丁字母（也称为罗马字母）是多数欧洲语言采用的字母系统，是世界上最通行的字母文字系统，是罗马文明的成果之一。

虽然名称上叫作拉丁字母，但拉丁文中并没有用 J、U 和 W 这三个字母。

在我们的印象中，可能说拉丁字母多少有些陌生，说英语字母可能就有直观的印象了。

PPS：阿拉伯数字，我们都很熟悉了。

但是，阿拉伯数字并非起源于阿拉伯，而是起源于古印度。学过历史的我们应该有一些印象，阿拉伯分布于西亚和北非，以阿拉伯语为主要语言，以伊斯兰教为主要信仰。

处在这样的地理位置，做起东亚和欧洲的一些生意就很有优势，于是阿拉伯数字就由阿拉伯人传到了欧洲，因此得名。

PPPS：英式标点符号，也叫英文标点符号，和中文标点符号很相近。标点符号是辅助文字记录语言的符号，是书面语的组成部分，用来表示停顿、加强语气等。

英文标点符号在 16 世纪时，分为朗诵学派和句法学派，主要由古典时期的希腊文和拉丁文演变而来，在 17 世纪后进入稳定阶段。俄文的标点符号依据希腊文而来，到了 18 世纪后也采用了英文标点符号。

在很多人的印象中，古文是没有标点符号的，但管锡华博士研究指出，中国早在先秦时代就有标点符号了，后来融合了一些英文标点符号后，逐渐形成了现在的中文标点符号。

2）Unicode

这个世界上，除了英语，还有法语、葡萄牙语、西班牙语、德语、俄语、阿拉伯语、韩语、日语等等等等。ASCII 码用来表示英语是绰绰有余的，但其他这些语言就没办法了。

像我们的母语，博大精深，汉字的数量很多很多，东汉的《说文解字》收字 9353 个，清朝《康熙字典》收字 47035 个，当代的《汉语大字典》收字 60370 个。1994 年中华书局、中国友谊出版公司出版的《中华字海》收字 85568 个。

PS：常用字大概 2500 个，次常用字 1000 个。

一个字节只能表示 256 种符号，所以如果拿 ASCII 码来表示汉字的话，是远远不够用的，那就必须要用更多的字节。简体中文常见的编码方式是 GB2312，使用两个字节表示一个汉字，理论上最多可以表示 256 x 256 = 65536 个符号。

要知道，世界上存在着多种编码方式，同一个二进制数字可以被解释成不同的符号。因此，要想打开一个文本文件，就必须知道它的编码方式，否则用错误的编码方式解读，就会出现乱码。

PPS：这“锟斤拷”价格挺公道的啊！！！（逃

如果有一种编码，将世界上所有的符号都纳入其中。每一个符号都给予一个独一无二的编码，那么乱码问题就会彻底消失。

这个艰巨的任务有谁来完成呢？Unicode，中文译作万国码、国际码、统一码、单一码，就像它的名字都表示的，这是一种所有符号的编码。

Unicode 至今仍在不断增修，每个新版本都会加入更多新的字符。目前最新的版本为 2020 年 3 月公布的 13.0，收录了 13 万个字符。

Unicode 是一个很大的集合，现在的规模可以容纳 100 多万个符号。每个符号的编码都不一样，比如，U+0639表示阿拉伯字母 Ain，U+0041 表示英语的大写字母 A，U+4E25 表示汉字严。

具体的符号对应表，可以查询 unicode.org，或者专门的汉字对应表。

曾有人这样说：

Unicode 支持的字符上限是 65536 个，Unicode 字符必须占两个字节。

但这是一种误解，记住，Unicode 只是一个用来映射字符和数字的标准。它对支持字符的数量没有限制，也不要求字符必须占两个、三个或者其它任意数量的字节，所以它可以无穷大。

Unicode 虽然统一了全世界字符的编码，但没有规定如何存储。如果统一规定的话，每个符号就要用 3 个或 4 个字节表示，因为 2 个字节只能表示 65536 个，根本表示不全。

那怎么办呢？

UTF（Unicode Transformation Formats，Unicode 的编码方式）来了！最常见的就是 UTF-8 和 UTF-16。

在 UTF-8 中，0-127 号的字符用 1 个字节来表示，使用和 ASCII 相同的编码。只有 128 号及以上的字符才用 2 个、3 个或者 4 个字节来表示。

如果只有一个字节，那么最高的比特位为 0；如果有多个字节，那么第一个字节从最高位开始，连续有几个比特位的值为 1，就使用几个字节编码，剩下的字节均以 10 开头。

具体的表现形式为：

0xxxxxxx：一个字节； 110xxxxx 10xxxxxx：两个字节编码形式（开始两个 1）； 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx：三字节编码形式（开始三个 1）； 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx：四字节编码形式（开始四个 1）。

也就是说，UTF-8 是一种可变长度的编码方式——这是它的优势也是劣势。

怎么讲呢？优势就是它包罗万象，劣势就是浪费空间。举例来说吧，UTF-8 采用了 3 个字节（256*256*256=16777216）来编码常用的汉字，但常用的汉字没有这么多，这对于计算机来说，就是一种严重的资源浪费。

基于这样的考虑，中国国家标准总局于 1980 年发布了 GB 2312 编码，即中华人民共和国国家标准简体中文字符集。GB 2312 标准共收录 6763 个汉字（2 个字节就够用了），其中一级汉字 3755 个，二级汉字 3008 个；同时收录了包括拉丁字母、希腊字母、日文平假名及片假名字母、俄语西里尔字母在内的 682 个字符。

GB 2312 的出现，基本满足了汉字的计算机处理需求。对于人名、古汉语等方面出现的罕用字和繁体字，GB 2312 不能处理，就有了 GBK（K 为“扩展”的汉语拼音（kuòzhǎn）第一个声母）。

来看一段代码：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String wanger = "沉默王二";
        byte[] bytes = wanger.getBytes(Charset.forName("GBK"));
        String result = new String(bytes, Charset.forName("UTF-8"));
        System.out.println(result);
    }
}

先用 GBK 编码，再用 UTF-8 解码，程序会输出什么呢？

��Ĭ����

嘿嘿，乱码来了！在 Unicode 中，� 是一个特殊的符号，它用来表示无法显示，它的十六进制是 0xEF 0xBF 0xBD。那么两个 �� 就是 0xEF 0xBF 0xBD 0xEF 0xBF 0xBD，如果用 GBK 进行解码的话，就是大名鼎鼎的“锟斤拷”。

可以通过代码来验证一下：

// 输出 efbfbdefbfbd
System.out.println(HexUtil.encodeHex("��", Charset.forName("UTF-8")));
// 借助 hutool 转成二进制
byte[] testBytes = HexUtil.decodeHex("efbfbdefbfbd");
// 使用 GBK 解码
String testResult = new String(testBytes, Charset.forName("GBK"));
// 输出锟斤拷
System.out.println(testResult);

PPPS：hutool 的使用方法可以参照我的另外一篇文章。

所以，以后再见到锟斤拷，第一时间想到 UTF-8 和 GBK 的转换问题准没错。

UTF-16 使用 2 个或者 4 个字节来存储字符。

对于 Unicode 编号范围在 0 ~ FFFF 之间的字符，UTF-16 使用两个字节存储。
对于 Unicode 编号范围在 10000 ~ 10FFFF 之间的字符，UTF-16 使用四个字节存储，具体来说就是：将字符编号的所有比特位分成两部分，较高的一些比特位用一个值介于 D800~DBFF 之间的双字节存储，较低的一些比特位（剩下的比特位）用一个值介于 DC00~DFFF 之间的双字节存储。