.NET 9中的Base64 URL编码

郑子铭

发布于 2025-08-09 11:18:44

16800

代码可运行

文章被收录于专栏：DotNet NB && CloudNativeDotNet NB && CloudNative

运行总次数：0

代码可运行

.NET 9中的Base64 URL编码

在构建现代Web应用时，我们经常需要在URL中安全传输二进制数据。Base64编码虽然常用，但默认生成的+、/和=字符在URL中具有特殊含义，容易导致解析错误。本文将探讨.NET 9引入的全新「Base64Url」类如何优雅解决这一问题。

一、Base64Url是什么？

Base64Url是一种URL安全的编码方案，它通过对Base64进行两处关键改进实现：

将+替换为-
将/替换为_
省略末尾的填充字符=

这种优化使编码结果可直接嵌入URL路径或查询参数，无需额外URL编码处理。

二、在.NET 9之前如何实现？

在.NET 9之前，开发者通常使用ASP.NET Core的WebEncoders类：

// 需要引用Microsoft.AspNetCore.WebUtilities
string encoded = WebEncoders.Base64UrlEncode(bytes);

这种方法存在两个主要问题：

强制依赖ASP.NET Core库
每次编码都需要字节数组到字符串的转换，造成性能开销

三、.NET 9的优雅解决方案

.NET 9引入了全新的Base64Url静态类，位于System.Buffers.Text命名空间：

基础用法展示

ReadOnlySpan<byte> bytes = Encoding.UTF8.GetBytes("Hello, World!");

// 编码为字节序列
byte[] encodedBytes = Base64Url.EncodeToUtf8(bytes);
Console.WriteLine($"Base64Url编码: {Encoding.UTF8.GetString(encodedBytes)}"); 
// 输出: SGVsbG8sIFdvcmxkIQ

// 与标准Base64对比
Console.WriteLine($"Base64编码: {Convert.ToBase64String(bytes)}"); 
// 输出: SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==

// 解码还原
byte[] decoded = Base64Url.DecodeFromUtf8(encodedBytes);
Console.WriteLine($"解码结果: {Encoding.UTF8.GetString(decoded)}");
// 输出: Hello, World!

零分配API

对于高性能场景，使用Span操作避免内存分配：

Span<byte> buffer = stackalloc byte[Base64Url.GetMaxEncodedLength(bytes.Length)];
Base64Url.EncodeToUtf8(bytes, buffer, out int bytesWritten);

四、性能大提升

.NET 9的Base64Url类直接集成在System.Private.CoreLib中，并通过SIMD指令集（AVX512/AVX2/SSE）深度优化。以下是性能对比测试：

const int iterations = 1_000_000;
byte[] data = newbyte[1000];
new Random().NextBytes(data);

// .NET 9原生实现
for (int N = 0; N < 5; ++N)
{
    Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();
    for (int i = 0; i < iterations; i++)
    {
        _ = Base64Url.EncodeToUtf8(data);
    }
    Console.WriteLine($".NET 9 Base64Url 耗时: {stopwatch.ElapsedMilliseconds}ms");
}

// .NET 8 WebEncoders实现（在.NET 9中运行）
for (int N = 0; N < 5; ++N)
{
    Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();
    for (int i = 0; i < iterations; i++)
    {
        _ = WebEncoders.Base64UrlEncode(data);
    }
    Console.WriteLine($"WebEncoders 耗时: {stopwatch.ElapsedMilliseconds}ms");
}

「测试结果对比」：