小白袍 -- Chapter 1.4.1.1 URL编码的理论解读

1.4.1.1  URL编码的理论解读

　　我们在做JavaWeb时避不过GET请求,GET请求和POST请求最大一点不同就在于参数,GET请求的参数会URL中,而POST请求的参数则会在HTTP Header中。那么我们服务器收到的的URL链接是不是应该是和请求的URL是一样的呢?实际上并非如此,浏览器发送的请求会首先经过URL编码,那么为什么要如此呢?浏览器发送的URL编码我们后台处理和POST请求一样吗?下面我们来详细介绍一下,首先介绍一下为什么要进行URL编码.

1.4.1.1.1 为什么会有URL编码

　　我们都知道Http协议中参数的传输是"key=value"这种简直对形式的，如果要传多个参数就需要用“&”符号对键值对进行分割。如"?name1=value1&name2=value2"，这样在服务端在收到这种字符串的时候，会用“&”分割出每一个参数，然后再用“=”来分割出参数值。“name1=value1&name2=value2”我们来说一下客户端到服务端的概念上解析过程: 上述字符串在计算机中用ASCII码表示为：

  6E616D6531 3D 76616C756531 26 6E616D6532 3D 76616C756532。 
   6E616D6531：name1 
   3D：= 
   76616C756531：value1 
   26：&
   6E616D6532：name2 
   3D：= 
   76616C756532：value2 

　　通过Google的开发者工具，我们查看我们的Request URL如下；我们发现一个问题，那就是地址栏中我们看到的URL和浏览器发送的请求是不同的浏览器发送的请求URL经过了一次URL编码：在这里我们发现URL编码并非采用ASCII，我们可以暂不考虑，URL编码可以是多种格式，不局限与ASCII。在这里我们仅讲述URL编码的必要性

【URL编码既不是utf-8也不是gbk等我们常用的字符编码。而是RFC1738编码(除将空格编码为加号“+”不符合外)。RFC1738字符集中，将URL中除了 - _ . 之外的所有非字母数字字符都将被替换成百分号（%）后跟两位十六进制数。除空格编码为加号（+）外。我们访问的网站都会对使用RFC1738字符集的URL做出正确的解析。因为这是国际组织早就规定好了的。DNS服务器一般不会涉及到这块，因为DNS是域名解析器，顾名思义，他只是解释http://www.baidu.com这一部分，而涉及到RFC1738字符集的大部分是后面的参数部分。当我们在地址栏输入字符串的时候，不论你用的是什么字符集最后都会转化为使用RFC1738字符集编码的URL地址。我们可以把RFC1738字符集设想成类似于ASCII的字符集，是通用的，任何字符集都支持的。在这里我们可以想象，页面首先经过一次UTF-8编码（这个由页面编码格式决定），然后再次经过一次URL编码，实际我们说的URL编码经历了两次编码，所以我们看到我们用ACII编码后和Header中的Request URL编码后对比不同。实际上在这里我们使用ASCII来举例也没错，因为所有的编码格式都兼容ASCII】。

　　服务端在接收到该数据后就可以遍历该字节流，首先一个字节一个字节的吃，当吃到3D这字节后，服务端就知道前面吃得字节表示一个key，再向后吃，如果遇到26，说明从刚才吃的3D到26子节之间的是上一个key的value，以此类推就可以解析出客户端传过来的参数。

　　现在有这样一个问题，如果我的参数值中就包含=或&这种特殊字符的时候该怎么办。 
　　比如说“name1=value1”,其中value1的值是“va&lu=e1”字符串，那么实际在传输过程中就会变成这样“name1=va&lu=e1”。我们的本意是就只有一个键值对，但是服务端会解析成两个键值对，这样就产生了奇异。
　　如何解决上述问题带来的歧义呢？解决的办法就是对参数进行URL编码 
　　URL编码只是简单的在特殊字符的各个字节前加上%，例如，我们对上述会产生奇异的字符进行URL编码后结果：“va%26lu%3de1”，这样服务端会把紧跟在“%”后的字节当成普通的字节，就是不会把它当成各个参数或键值对的分隔符。

1.4.1.1.2 为什么计算机中用ASCII编码,可不可以用别的

　 看上面我们会有这么一个问题，就是为什么我们要用ASCII传输，可不可以用别的编码？ 
    当然可以用别的编码，你自己可以开发一套编码，然后自己解析。就像大部分国家都有自己的语言一样。那国家之间要交流，怎么办？  用英语吧，英语的使用范围最广。通常如果一样东西需要编码，说明这样东西并不适合传输。原因多种多样，如Size过大，包含隐私数据，对于Url来说，之所以要进行编码，是因为Url中有些字符会引起歧义。例如，Url参数字符串中使用key=value键值对这样的形式来传参，键值对之间以&符号分隔，如/s?q=abc&ie=utf-8。如果你的value字符串中包含了=或者&，那么势必会造成接收Url的服务器解析错误，因此必须将引起歧义的&和=符号进行转义，也就是对其进行编码。又如，Url的编码格式采用的是ASCII码，而不是Unicode，这也就是说你不能在Url中包含任何非ASCII字符，例如中文。否则如果客户端浏览器和服务端浏览器支持的字符集不同的情况下，中文可能会造成问题。Url编码的原则就是使用安全的字符（没有特殊用途或者特殊意义的可打印字符）去表示那些不安全的字符。

　　预备知识：URI是统一资源标识的意思，通常我们所说的URL只是URI的一种。典型URL的格式如下所示。下面提到的URL编码，实际上应该指的是URI编码。

foo://example.com:8042/over/there?name=ferret#nose

\_/ \______________/ \________/\_________/ \__/

|         |              |         |        |

scheme     authority                path      query   fragmen

1.4.1.1.3 哪些字符需要编码

　　RFC1738文档规定，Url中只允许包含英文字母（a-zA-Z）、数字（0-9）、-_.~4个特殊字符以及所有保留字符。RFC3986文档对Url的编解码问题做出了详细的建议，指出了哪些字符需要被编码才不会引起Url语义的转变，以及对为什么这些字符需要编码做出了相应的解释。

　　US-ASCII字符集中没有对应的可打印字符：Url中只允许使用可打印字符。US-ASCII码中的10-7F字节全都表示控制字符，这些字符都不能直接出现在Url中。同时，对于80-FF字节（ISO-8859-1），由于已经超出了US-ASCII定义的字节范围，因此也不可以放在Url中。

　　保留字符：Url可以划分成若干个组件，协议、主机、路径等。有一些字符（:/?#[]@）是用作分隔不同组件的。例如：冒号用于分隔协议和主机，/用于分隔主机和路径，?用于分隔路径和查询参数，等等。还有一些字符（!$&'()*+,;=）用于在每个组件中起到分隔作用的，如=用于表示查询参数中的键值对，&符号用于分隔查询多个键值对。当组件中的普通数据包含这些特殊字符时，需要对其进行编码。

　　RFC1738中指定了以下字符为保留字符：! * ' ( ) ; : @ & = + $ , / ? # [ ]

　　不安全字符：还有一些字符，当他们直接放在Url中的时候，可能会引起解析程序的歧义。这些字符被视为不安全字符，原因有很多。

• 空格：Url在传输的过程，或者用户在排版的过程，或者文本处理程序在处理Url的过程，都有可能引入无关紧要的空格，或者将那些有意义的空格给去掉。
• 引号以及<>：引号和尖括号通常用于在普通文本中起到分隔Url的作用
• #：通常用于表示书签或者锚点
• %：百分号本身用作对不安全字符进行编码时使用的特殊字符，因此本身需要编码
• {}|\^[]`~：某一些网关或者传输代理会篡改这些字符

　　需要注意的是，对于Url中的合法字符，编码和不编码是等价的，但是对于上面提到的这些字符，如果不经过编码，那么它们有可能会造成Url语义的不同。因此对于Url而言，只有普通英文字符和数字，特殊字符$-_.+!*'()还有保留字符，才能出现在未经编码的Url之中。其他字符均需要经过编码之后才能出现在Url中。

　　但是由于历史原因，目前尚存在一些不标准的编码实现。例如对于~符号，虽然RFC3986文档规定，对于波浪符号~，不需要进行Url编码，但是还是有很多老的网关或者传输代理会进行编码。

1.4.1.1.4 如何对Url中的非法字符进行编码

　　Url编码通常也被称为百分号编码（Url Encoding，also known as percent-encoding），是因为它的编码方式非常简单，使用%百分号加上两位的字符——0123456789ABCDEF——代表一个字节的十六进制形式。Url编码默认使用的字符集是US-ASCII。例如a在US-ASCII码中对应的字节是0x61[a在ASCII码表中是第91位,换算成16进制就是0x61]，那么Url编码之后得到的就是%61，我们在地址栏上输入http://g.cn/search?q=%61%62%63，实际上就等同于在google上搜索abc了。又如@符号在ASCII字符集中对应的字节为0x40，经过Url编码之后得到的是%40。

　　对于非ASCII字符，需要使用ASCII字符集的超集进行编码得到相应的字节，然后对每个字节执行百分号编码。对于Unicode字符，RFC文档建议使用utf-8对其进行编码得到相应的字节，然后对每个字节执行百分号编码。如"中文"使用UTF-8字符集得到的字节为0xE4 0xB8 0xAD 0xE6 0x96 0x87，经过Url编码之后得到"%E4%B8%AD%E6%96%87"。

　　如果某个字节对应着ASCII字符集中的某个非保留字符，则此字节无需使用百分号表示。例如"Url编码"，使用UTF-8编码得到的字节是0x55 0x72 0x6C 0xE7 0xBC 0x96 0xE7 0xA0 0x81，由于前三个字节对应着ASCII中的非保留字符"Url"，因此这三个字节可以用非保留字符"Url"表示。最终的Url编码可以简化成"Url%E7%BC%96%E7%A0%81" ，当然，如果你用"%55%72%6C%E7%BC%96%E7%A0%81"也是可以的。

　　由于历史的原因，有一些Url编码实现并不完全遵循这样的原则，下面会提到。

1.4.1.1.5 Javascript中的escape, encodeURI和encodeURIComponent的区别

　　JavaScript中提供了3对函数用来对Url编码以得到合法的Url，它们分别是escape / unescape, encodeURI / decodeURI和encodeURIComponent / decodeURIComponent。由于解码和编码的过程是可逆的，因此这里只解释编码的过程。

　　这三个编码的函数——escape，encodeURI，encodeURIComponent——都是用于将不安全不合法的Url字符转换为合法的Url字符表示，它们有以下几个不同点。

　　安全字符不同：

　　下面列出了这三个函数的安全字符（即函数不会对这些字符进行编码）

l escape（69个）：*/@+-._0-9a-zA-Z

l encodeURI（82个）：!#$&'()*+,/:;=?@-._~0-9a-zA-Z

l encodeURIComponent（71个）：!'()*-._~0-9a-zA-Z

　　兼容性不同：escape函数是从Javascript 1.0的时候就存在了，其他两个函数是在Javascript 1.5才引入的。但是由于Javascript 1.5已经非常普及了，所以实际上使用encodeURI和encodeURIComponent并不会有什么兼容性问题。

　　对Unicode字符的编码方式不同：这三个函数对于ASCII字符的编码方式相同，均是使用百分号+两位十六进制字符来表示。但是对于Unicode字符，escape的编码方式是%uxxxx，其中的xxxx是用来表示unicode字符的4位十六进制字符。这种方式已经被W3C废弃了。但是在ECMA-262标准中仍然保留着escape的这种编码语法。encodeURI和encodeURIComponent则使用UTF-8对非ASCII字符进行编码，然后再进行百分号编码。这是RFC推荐的。因此建议尽可能的使用这两个函数替代escape进行编码。

　　适用场合不同：encodeURI被用作对一个完整的URI进行编码，而encodeURIComponent被用作对URI的一个组件进行编码。从上面提到的安全字符范围表格来看，我们会发现，encodeURIComponent编码的字符范围要比encodeURI的大。我们上面提到过，保留字符一般是用来分隔URI组件（一个URI可以被切割成多个组件，参考预备知识一节）或者子组件（如URI中查询参数的分隔符），如：号用于分隔scheme和主机，?号用于分隔主机和路径。由于encodeURI操纵的对象是一个完整的的URI，这些字符在URI中本来就有特殊用途，因此这些保留字符不会被encodeURI编码，否则意义就变了。

　　组件内部有自己的数据表示格式，但是这些数据内部不能包含有分隔组件的保留字符，否则就会导致整个URI中组件的分隔混乱。因此对于单个组件使用encodeURIComponent，需要编码的字符就更多了。

1.4.1.1.6 表单提交

　　当Html的表单被提交时，每个表单域都会被Url编码之后才在被发送。由于历史的原因，表单使用的Url编码实现并不符合最新的标准。例如对于空格使用的编码并不是%20，而是+号，如果表单使用的是Post方法提交的，我们可以在HTTP头中看到有一个Content-Type的header，值为application/x-www-form-urlencoded。大部分应用程序均能处理这种非标准实现的Url编码，但是在客户端Javascript中，并没有一个函数能够将+号解码成空格，只能自己写转换函数。还有，对于非ASCII字符，使用的编码字符集取决于当前文档使用的字符集。例如我们在Html头部加上

<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=gb2312" />

　　这样浏览器就会使用gb2312去渲染此文档（注意，当HTML文档中没有设置此meta标签，则浏览器会根据当前用户喜好去自动选择字符集，用户也可以强制当前网站使用某个指定的字符集）。当提交表单时，Url编码使用的字符集就是gb2312。

之前在使用Aptana（为什么专指aptana下面会提到）遇到一个很迷惑的问题，就是在使用encodeURI的时候，发现它编码得到的结果和我想的很不一样。下面是我的示例代码：

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN"

"http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

<head>

<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=gb2312" />

</head>

<body>

<script type="text/javascript">

document.write(encodeURI("中文"));

</script>

</body>

</html>

运行结果输出%E6%B6%93%EE%85%9F%E6%9E%83。显然这并不是使用UTF-8字符集进行Url编码得到的结果（在Google上搜索"中文"，Url中显示的是%E4%B8%AD%E6%96%87）。

　　所以我当时就很质疑，难道encodeURI还跟页面编码有关，但是我发现，正常情况下，如果你使用gb2312进行Url编码也不会得到这个结果的才是。后来终于被我发现，原来是页面文件存储使用的字符集和Meta标签中指定的字符集不一致导致的问题。Aptana的编辑器默认情况下使用UTF-8字符集。也就是说这个文件实际存储的时候使用的是UTF-8字符集。但是由于Meta标签中指定了gb2312，这个时候，浏览器就会按照gb2312去解析这个文档，那么自然在"中文"这个字符串这里就会出错，因为"中文"字符串用UTF-8编码过后得到的字节是0xE4 0xB8 0xAD 0xE6 0x96 0x87，这6个字节又被浏览器拿gb2312去解码，那么就会得到另外三个汉字"涓枃"（GBK中一个汉字占两个字节），这三个汉字在传入encodeURI函数之后得到的结果就是%E6%B6%93%EE%85%9F%E6%9E%83。因此，encodeURI使用的还是UTF-8，并不会受到页面字符集的影响。

　　对于包含中文的Url的处理问题，不同浏览器有不同的表现。例如对于IE，如果你勾选了高级设置"总是以UTF-8发送Url"，那么Url中的路径部分的中文会使用UTF-8进行Url编码之后发送给服务端，而查询参数中的中文部分使用系统默认字符集进行Url编码。为了保证最大互操作性，建议所有放到Url中的组件全部显式指定某个字符集进行Url编码，而不依赖于浏览器的默认实现。

　　另外，很多HTTP监视工具或者浏览器地址栏等在显示Url的时候会自动将Url进行一次解码（使用UTF-8字符集），这就是为什么当你在Firefox中访问Google搜索中文的时候，地址栏显示的Url包含中文的缘故。但实际上发送给服务端的原始Url还是经过编码的。你可以在地址栏上使用Javascript访问location.href就可以看出来了。在研究Url编解码的时候千万别被这些假象给迷惑了。

总结：

　　简单来说，URL是为了方便服务器解读，而制定的一个编码规范，我们编写的页面在保存时会首先经过一次编码，这个由我们自己决定，当我们发送请求的时候浏览器会对我们的页面进行一次URL编码，服务器接收到请求会自动完成一次URL解码的过程，所以我们如果想获取到正确的值，此时应该针对的就是我们保存时使用的那次编码规范。服务器相应请求到浏览器页面，浏览器解码会根据页面规定的编码规范来解码。