emoji表情包字符分割问题引出的编码知识

本文主要是介绍emoji表情包字符分割问题引出的编码知识，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

经验分享：一个小小emoji尽然牵扯出来这么多东西？

问题

分享工作中一个真实的案例：
要求显示用户昵称时只能显示第一位和最后一位，其他的用※代替。
例如输入：🐳🐳🐠，输出：🐳***🐠
发现用户昵称包含emoji表情时就会出问题，切割的数据会有问号显示！！

模拟的示例代码如下：
在这里插入图片描述
输出：

概念常识

要解决这些问题，就必须要铺垫一些基础知识

utf8mb4

一般我们在数据库创建表时都会默认使用这种编码格式：
在这里插入图片描述
当我们想存储emoji数据到数据库中，那么数据库的格式就需要指定为utf8mb4了，要不然存储就会报错了。所以在很多公司的db规范中，数据库默认编码必须为utf8mb4
为何utf8不行而utf8mb4就行？这里面到底有什么弯弯道道？

这里面涉及到unicode相关知识，我们下面会提到，大家继续看。

在mysql 5.5 之前，utf8编码只支持1-3个字节，从mysql 5.5开始，可支持4个字节UTF编码utf8mb4，一个字符最多能有4字节，所以能支持更多的字符集。
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这个表格中包含了所有的 emoji 以及它所对应的 unicode编码，同时也有对应的 utf-8编码的实现。

从图中也可以看出 emoji 表情用 utf-8 表示时会占用 4个字节，这也就是为什么数据库用utf8无法存储emoji表情的原因了。

同样我们也可以在java代码中看看emoji占用几个字节长度：
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ASCII码

上面介绍utf8mb4时有提过unicode，介绍它之前我们也需要先提一嘴我们的老朋友：ASCII码

ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）是基于拉丁字母的一套电脑编码系统。它主要用于显示现代英语。

这样我们就可以使用一个字节来表示现代英文，看起来非常不错，部分数据对应关系如下：
在这里插入图片描述
但这个只能显示的代表拉丁文，这显然是远远不够的。

Unicode

ASCII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。

这时如果能有一种包含了世界上所有的文字的字符集，每一个地区的文字都在这个字符集中有唯一的二进制表示，这样便不会出现乱码问题了。所以Unicode也应运而生了。

Unicode，中文又称万国码、国际码、统一码、单一码，是计算机科学领域里的一项业界标准。它对世界上大部分的文字系统进行了整理、编码，使得电脑可以用更为简单的方式来呈现和处理文字。

平面

Unicode 首先承认了 ASCII 占用 0-127 整数资源的合法性，之后又一次占用了 128-65535 的整数资源，有了这么多的整数资源，我们就可以把世界各种文字的每一种字符分配一个整数来表示了。

之后，Unicode 联盟发现 65536 个整数也不够分配的，于是就索性一次性又把之后的 16 个 65536 的数字即 65536-1114111 的整数资源给占了，然后把多占的 16 个 65536 的段分别命名为 16 个平面，加上原来的 0-65535 平面，Unicode 总共有 17 个平面。比如第 1 平面就是 65536-131072。当然，到目前为止，还只分配了 7 个平面出去。
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第0平面（Plane 0），是Unicode中的一个编码区段。编码从U+0000至U+FFFF，这个平面里面的字符是我们最常用到的。

65535 之后分配的字符大多数是 emoji 表情，比如 😺 是 128570（\uD83D\uDE3A）

这里推荐一个在线的编码转换网站：http://ctf.ssleye.com/cencode.html

表示范围

Unicode表示范围：U+0000 ~ U+10FFFF

也就大概是：U+0000~U+110000(加上1)，也就是17个FFFF（65535）
差不多17*6w，大概有100w个码点可以用来映射字符
准确的值是 1114,112，差不多112w个码点
最新版本的Unicode含有136,690 个字符，离100w还很远。
Unicode 官方表示目前的码点已经够用，以后不再扩充

实现方式

Unicode的实现方式不同于编码方式。一个字符的Unicode编码是确定的。但是在实际传输过程中，由于不同系统平台的设计不一定一致，以及出于节省空间的目的，对Unicode编码的实现方式有所不同。Unicode的实现方式称为Unicode转换格式（Unicode Transformation Format，简称为UTF）。

对于被Unicode收录的字符其编码是唯一且确定的。但是Unicode的实现方式(出于传输、存储、处理或向后兼容的考虑)却有不同的几种，其中最流行的是UTF-8、UTF-16、UCS2、UCS4/UTF-32等，细分的话还有大小端的区别。

对于我们Java而言，可以从char占用2字节来推断出使用的是UTF-16编码来存储

解决emoji截取的问题

言归正传，我们终究还是要解决开头提出的问题，如何正确的截取含有emoji的字符串？这里从UTF-16编码开始说起。

UTF-16

UTF-16 具体定义了 Unicode 字符在计算机中存取方法。UTF-16 用两个字节来表示 Unicode 转化格式，这个是定长的表示方法，不论什么字符都可以用两个字节表示，两个字节是 16 个 bit，所以叫 UTF-16。UTF-16 表示字符非常方便，每两个字节表示一个字符，这个在字符串操作时就大大简化了操作，这也是 Java 以 UTF-16 作为内存的字符存储格式的一个很重要的原因。

在基本多语言平面（码位范围U+0000-U+FFFF）内的码位UTF-16编码使用1个码元且其值与Unicode是相等的（不需要转换），这个就是我们正常的汉字，比如在辅助平面（码位范围U+10000-U+10FFFF）内的码位在UTF-16中被编码为一对16bit的码元（即32bit,4字节），称作代理对(surrogate pair)。组成代理对的两个码元前一个称为前导代理(lead surrogates) 范围为0xD800-0xDBFF，后一个称为后尾代理(trail surrogates) 范围为0xDC00-0xDFFF

surrogate

上面有提到surrogate，surrogate是代理的意思，这个概念不是来自 Java 语言，而是来自 Unicode 编码方式之一 UTF-16。具体请见：UTF-16

简而言之，Java 语言内部的字符信息是使用 UTF-16 编码。因为char 这个类型是 16-bit 的。它可以有65536种取值，即65536个编号，每个编号可以代表1种字符。但是，Unicode 包含的字符已经远远超过65536个。那么编号大于65536的，还要用 16-bit 编码，该怎么办？于是Unicode 标准制定组想出的办法就是，从这65536个编号里，拿出2048个，规定它们是「Surrogates」，让它们两个为一组，来代表编号大于65536的那些字符。

更具体地，编号为 U+D800 至 U+DBFF 的规定为「High Surrogates」，共1024个。编号为 U+DC00至 U+DFFF 的规定为「Low Surrogates」，也是1024个。它们两两组合出现，就又可以多表示1048576种字符。

emoji截取异常原因

我们可以把emoji分离出来，如下：

🐳 -> \uD83D\uDC33

🐠 -> \uD83D\uDC20

emoji肯定是大于65536的，所以这里就用「High Surrogates」和「Low Surrogates」两两组合的方式来呈现的。

由上面的UTF-16编码知识可以推断出，我们的emoji表情截取一个char后出现乱码的原因，是因为它是属于UTF-16编码辅助平面内的代理对，而我们如果截取时将代理对拆分开就会出现异常的问题。

对于这种情况，我们可以通过Character类的静态方法isHighSurrogate和isLowSurrogate来判断，单个emoji的组合就是高位+低位，所以对于辅助平面内的代理对，做到整个移除或保留即可。

isHighSurrogate方法的源码如下：

public static final char MIN_HIGH_SURROGATE = '\uD800';public static final char MAX_HIGH_SURROGATE = '\uDBFF';public static boolean isHighSurrogate(char ch) {return ch >= MIN_HIGH_SURROGATE && ch < (MAX_HIGH_SURROGATE + 1);
}

问题解决

实现代码如下：

public static void main(String[] args) {// 用户昵称为：🐳🐳🐠，正常结果应该为：🐳***🐠String context = "\uD83D\uDC33\uD83D\uDC33\uD83D\uDC20";int realNameLength = realStringLength(context);String namePrefix = subString(context, 1, 0);String nameSuffix = subString(context, realNameLength - 1, 1);context = String.format("%s%s%s", namePrefix, "***", nameSuffix);System.out.println(context);
}/*** 包含emoji表情的subString方法** @param str 原有的str* @param len str长度* @param type type = 0 代表prefix，其他代表suffix*/
private static String subString(String str, int len, int type) {if (len < 0) {return str;}int count = 0;for (int i = 0; i < str.length(); i++) {if (count == len) {// type = 0 代表prefix，其他代表suffixif (type == 0) {return str.substring(0, i);}return str.substring(i);}char c = str.charAt(i);if (Character.isHighSurrogate(c) || Character.isLowSurrogate(c)) {i++;}count++;}return str;
}/*** 包含emoji表情的字符串实际长度** @param str 原有str* @return str实际长度*/
private static int realStringLength(String str) {int count = 0;for (int i = 0; i < str.length(); i++) {char c = str.charAt(i);if (Character.isHighSurrogate(c) || Character.isLowSurrogate(c)) {i++;}count++;}return count;
}

总结

这是一个字符集相关的知识引起的问题。
简单地说，是ASCII码只够显示现代美国英语，如果要包含全世界的所有文字的字符集，就不够了，这时候Unicode应运而生。
一开始Unicode占用了0-65535（即2^16）的整数资源，后来又把后面的16个65536 的数字即 65536-1114111 的整数资源给占了，然后把多占的 16 个 65536 的段分别命名为 16 个平面，加上原来的 0-65535 平面，Unicode 总共有 17 个平面。比如第 1 平面就是 65536-131072。
第0平面（Plane 0，基本多语言平面），是Unicode中的一个编码区段。编码从U+0000至U+FFFF，这个平面里面的字符是我们最常用到的。65535 之后分配的字符大多数是 emoji 表情，比如 😺 是 128570（\uD83D\uDE3A）。
Java 语言内部的字符信息是使用 UTF-16 编码。因为char 这个类型是 16-bit 的。它可以有65536种取值，即65536个编号，每个编号可以代表1种字符。但是，Unicode 包含的字符已经远远超过65536个。那么编号大于65536的，还要用 16-bit 编码，该怎么办？于是Unicode 标准制定组想出的办法就是，从这65536个编号里，拿出2048个，规定它们是「Surrogates」，让它们两个为一组，来代表编号大于65536的那些字符。所以表情包占了2个字符，Java API也提供了Character.isHighSurrogate和Character.isLowSurrogate，可以用来判断字符串是不是表情包。如果是，处理时就要将2个连续的字符一同处理。

这篇关于emoji表情包字符分割问题引出的编码知识的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！