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详解Javascript中的Url编码/解码

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摘要

本文主要针对URI编解码的相关问题做了介绍,对Url编码中哪些字符需要编码、为什么需要编码做了详细的说明,并对比分析了Javascript中和编解码相关的几对函数escape / unescape,encodeURI / decodeURI和encodeURIComponent / decodeURIComponent。

预备知识

   foo://example.com:8042/over/there?name=ferret#nose 
   \_/  \______________/ \________/\_________/ \__/
     |                 |                        |                    |             |
scheme     authority               path             query      fragment

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的格式如上面所示。下面提到的Url编码,实际上应该指的是URI编码。

为什么需要Url编码

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。

哪些字符需要编码

RFC3986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-ACII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。

RFC3986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

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,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。

常见字符的Url编码列表:

保留字符的Url编码
! * " ' ( ) ; : @ &
%21 %2A %22 %27 %28 %29 %3B %3A %40 %26
= + $ , / ? % # [ ]
%3D %2B %24 %2C %2F %3F %25 %23 %5B %5D

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。

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

下面的表格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)

  安全字符
escape(69个) */@+-._0-9a-zA-Z
encodeURI(82个) !#$&'()*+,/:;=?@-._~0-9a-zA-Z
encodeURIComponent(71个) !'()*-._~0-9a-zA-Z

兼容性不同

escape函数是从Javascript1.0的时候就存在了,其他两个函数是在Javascript1.5才引入的。但是由于Javascript1.5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。

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。

文档字符集会影响encodeURI吗?

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。

其他和Url编码相关的问题

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。

——Kevin Yang

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  1. 小熊饼干
    | #1

    大哥,这文章是你写的吧,研究的可真深入啊,我现在正为这个事情头痛呢。唉……我要多看几遍。

    • Kevin Yang
      | #2

      是自己写的,一般如果不是自己写的我都会清晰注明的

  2. 阿毛
    | #3

    写的蛮好的,我转了,行吧

    • Kevin Yang
      | #4

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