二维码登录原理及生成与解析

一、前言

　　这几天在研究二维码的扫码登录。初来乍到，还有好多东西不懂。在网上看到有人写了一些通过QRCode或者Zxing实现二维码的生成和解码。一时兴起，决定自己亲手试一试。本人是通过QRCode实现的，下面具体的说一下。

二、二维码原理

　　基础知识参考：http://news.cnblogs.com/n/191671/

　　很重要的一部分知识：二维码一共有 40 个尺寸。官方叫版本 Version。Version 1 是 21 x 21 的矩阵，Version 2 是 25 x 25 的矩阵，Version 3 是 29 的尺寸，每增加一个 version，就会增加 4 的尺寸，公式是：(V-1)*4 + 21（V是版本号）最高 Version 40，(40-1)*4+21 = 177，所以最高是 177 x 177 的正方形。

三、二维码生成和解码工具

1.效果如下图所示。

生成二维码（不含有logo）生成二维码（带有logo）

对应的解码

　　工具很简单，但是很实用。界面还可以美化，功能还可以加强，初心只是为了练习一下二维码的生成和解析。

2.二维码生成和解析的核心类

import java.awt.BasicStroke;
import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.Image;
import java.awt.Shape;
import java.awt.geom.RoundRectangle2D;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;import javax.imageio.ImageIO;import com.swetake.util.Qrcode;import jp.sourceforge.qrcode.QRCodeDecoder;
import jp.sourceforge.qrcode.exception.DecodingFailedException;  public class TwoDimensionCode {  //二维码 SIZEprivate static final int CODE_IMG_SIZE = 235;// LOGO SIZE (为了插入图片的完整性，我们选择在最中间插入，而且长宽建议为整个二维码的1/7至1/4)private static final int INSERT_IMG_SIZE = CODE_IMG_SIZE/5;/** * 生成二维码(QRCode)图片 * @param content 存储内容 * @param imgPath 二维码图片存储路径 * @param imgType 图片类型 * @param insertImgPath logo图片路径*/  public void encoderQRCode(String content, String imgPath, String imgType, String insertImgPath) {  try {  BufferedImage bufImg = this.qRCodeCommon(content, imgType, insertImgPath);  File imgFile = new File(imgPath);if (!imgFile.exists()){imgFile.mkdirs();}// 生成二维码QRCode图片  
            ImageIO.write(bufImg, imgType, imgFile);  } catch (Exception e) {  e.printStackTrace();  }  }   /** * 生成二维码(QRCode)图片 * @param content 存储内容 * @param output 输出流 * @param imgType 图片类型 */  public void encoderQRCode(String content, OutputStream output, String imgType) {  try {  BufferedImage bufImg = this.qRCodeCommon(content, imgType, null);  // 生成二维码QRCode图片  
            ImageIO.write(bufImg, imgType, output);  } catch (Exception e) {  e.printStackTrace();  }  }  /*** @param content* @param imgType* @param size* @param imgPath    嵌入图片的名称* @return*/private BufferedImage qRCodeCommon(String content, String imgType, String imgPath){BufferedImage bufImg = null;  try {  Qrcode qrcodeHandler = new Qrcode();  // 设置二维码排错率，可选L(7%)、M(15%)、Q(25%)、H(30%)，排错率越高可存储的信息越少，但对二维码清晰度的要求越小  qrcodeHandler.setQrcodeErrorCorrect('M');  qrcodeHandler.setQrcodeEncodeMode('B');  // 设置设置二维码尺寸，取值范围1-40，值越大尺寸越大，可存储的信息越大  qrcodeHandler.setQrcodeVersion(15);  // 获得内容的字节数组，设置编码格式  byte[] contentBytes = content.getBytes("utf-8");  // 图片尺寸  int imgSize = CODE_IMG_SIZE;  bufImg = new BufferedImage(imgSize, imgSize, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);  Graphics2D gs = bufImg.createGraphics();  // 设置背景颜色  
            gs.setBackground(Color.WHITE);  gs.clearRect(0, 0, imgSize, imgSize);  // 设定图像颜色> BLACK  
            gs.setColor(Color.BLACK);  // 设置偏移量，不设置可能导致解析出错  final int pixoff = 2;final int sz = 3;// 输出内容> 二维码  if (contentBytes.length > 0 && contentBytes.length < 800) {  boolean[][] codeOut = qrcodeHandler.calQrcode(contentBytes);  for (int i = 0; i < codeOut.length; i++) {  for (int j = 0; j < codeOut.length; j++) {  if (codeOut[j][i]) {  gs.fillRect(j * sz + pixoff, i * sz + pixoff, sz, sz);  }  }  }  } else {  throw new Exception("QRCode content bytes length = " + contentBytes.length + " not in [0, 800].");  }  //嵌入logoif(imgPath != null)this.insertImage(bufImg, imgPath, true);gs.dispose();  bufImg.flush();  } catch (Exception e) {  e.printStackTrace();  }  return bufImg;  }private void insertImage(BufferedImage source, String imgPath,  boolean needCompress) throws Exception {  File file = new File(imgPath);  if (!file.exists()) {  System.err.println(""+imgPath+"   该文件不存在！");  return;  }  Image src = ImageIO.read(new File(imgPath));  int width = src.getWidth(null);  int height = src.getHeight(null);  if (needCompress) { // 压缩LOGO  if (width > INSERT_IMG_SIZE) {  width = INSERT_IMG_SIZE;  }  if (height > INSERT_IMG_SIZE) {  height = INSERT_IMG_SIZE;  }  Image image = src.getScaledInstance(width, height,  Image.SCALE_SMOOTH);  BufferedImage tag = new BufferedImage(width, height,  BufferedImage.TYPE_INT_RGB);  Graphics g = tag.getGraphics();  g.drawImage(image, 0, 0, null); // 绘制缩小后的图  
            g.dispose();  src = image;  }  // 插入LOGO  Graphics2D graph = source.createGraphics();  int x = (CODE_IMG_SIZE - width) / 2;  int y = (CODE_IMG_SIZE - height) / 2;  graph.drawImage(src, x, y, width, height, null);  Shape shape = new RoundRectangle2D.Float(x, y, width, width, 6, 6);  graph.setStroke(new BasicStroke(3f));  graph.draw(shape);  graph.dispose();  }  /** * 解析二维码（QRCode） * @param imgPath 图片路径 * @return */  public String decoderQRCode(String imgPath) {  // QRCode 二维码图片的文件  File imageFile = new File(imgPath);  BufferedImage bufImg = null;  String content = null;  try {  bufImg = ImageIO.read(imageFile);  QRCodeDecoder decoder = new QRCodeDecoder();  content = new String(decoder.decode(new TwoDimensionCodeImage(bufImg)), "utf-8");   } catch (IOException e) {  System.out.println("Error: " + e.getMessage());  e.printStackTrace();  } catch (DecodingFailedException dfe) {  System.out.println("Error: " + dfe.getMessage());  dfe.printStackTrace();  }  return content;  }  /** * 解析二维码（QRCode） * @param input 输入流 * @return */  public String decoderQRCode(InputStream input) {  BufferedImage bufImg = null;  String content = null;  try {  bufImg = ImageIO.read(input);  QRCodeDecoder decoder = new QRCodeDecoder();  content = new String(decoder.decode(new TwoDimensionCodeImage(bufImg)), "utf-8");   } catch (IOException e) {  System.out.println("Error: " + e.getMessage());  e.printStackTrace();  } catch (DecodingFailedException dfe) {  System.out.println("Error: " + dfe.getMessage());  dfe.printStackTrace();  }  return content;  }  
}

View Code

3.具体注意的地方

//二维码 SIZE
private static final int CODE_IMG_SIZE = 235;
// LOGO SIZE (为了插入图片的完整性，我们选择在最中间插入，而且长宽建议为整个二维码的1/7至1/4)
private static final int INSERT_IMG_SIZE = CODE_IMG_SIZE/5;

　　对于二维码图片大小还是不会计算，如果有人看到这里，方便的话可以告诉小弟一声。我这里的这个值（235）是通过设定好QrcodeVersion(版本15)，以及绘制图像时偏移量pixoff=2和black区域的size=3，最终生成图片后，将图片通过ps打开，然后确定图片的尺寸信息。

　　还有就是中间的logo不要过大，否则会导致QRCode解析出错，但是手机扫码不一定会出错。感觉手机扫码解析比QRCode解析能力强。

Qrcode qrcodeHandler = new Qrcode();  
// 设置二维码排错率，可选L(7%)、M(15%)、Q(25%)、H(30%)，排错率越高可存储的信息越少，但对二维码清晰度的要求越小  
qrcodeHandler.setQrcodeErrorCorrect('M');  
qrcodeHandler.setQrcodeEncodeMode('B');  
// 设置设置二维码尺寸，取值范围1-40，值越大尺寸越大，可存储的信息越大  
qrcodeHandler.setQrcodeVersion(15);

　　一般设置version就好了，网上好多都是7或者8，我尝试下更大的值，15的话二维码看起来很密集。

// 设置偏移量，不设置可能导致解析出错  
final int pixoff = 2;
final int sz = 3;
// 输出内容> 二维码  
if (contentBytes.length > 0 && contentBytes.length < 800) {  boolean[][] codeOut = qrcodeHandler.calQrcode(contentBytes);  for (int i = 0; i < codeOut.length; i++) {  for (int j = 0; j < codeOut.length; j++) {  if (codeOut[j][i]) {  gs.fillRect(j * sz + pixoff, i * sz + pixoff, sz, sz);  }  }  }  
}

　　绘制black区域的时候要设置偏移量，要不然可能导致二维码识别出错。 black区域的大小根据实际情况来就好。

四、二维码登录原理

1.原理图

　　按照自己的理解画的，结合上图，看一下代码吧。

2.GetQrCodeController.java

/*** @author hjzgg* 获取二维码图片*/
@Controller
public class GetQrCodeController {@RequestMapping(value="/getTwoDemensionCode")@ResponseBodypublic String getTwoDemensionCode(HttpServletRequest request){String uuid = UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8);String ip = "localhost";try {ip = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress();} catch (UnknownHostException e) {e.printStackTrace();}//二维码内容String content = "http://" + ip + ":8080/yycc-portal/loginPage?uuid=" + uuid;//生成二维码String imgName =  uuid + "_" + (int) (new Date().getTime() / 1000) + ".png";String imgPath = request.getServletContext().getRealPath("/") + imgName;//String insertImgPath = request.getServletContext().getRealPath("/")+"img/hjz.jpg";TwoDimensionCode handler = new TwoDimensionCode();handler.encoderQRCode(content, imgPath, "png", null);//生成的图片访问地址String qrCodeImg = "http://" + ip + ":8080/yycc-portal/" + imgName;JSONObject json = new JSONObject();json.put("uuid", uuid);json.put("qrCodeImg", qrCodeImg);return json.toString();}
}

　　用户请求扫码方式登录，后台生成二维码，将uuid和二维码访问地址传给用户。

3.LongConnectionCheckController.java

@Controller
public class LongConnectionCheckController {private static final int LONG_TIME_WAIT = 30000;//30s
    @Autowiredprivate RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;@RequestMapping(value="/longUserCheck")public String longUserCheck(String uuid){long inTime = new Date().getTime();Boolean bool = true;while (bool) {try {Thread.sleep(500);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//检测登录UserVo userVo = (UserVo) redisTemplate.opsForValue().get(uuid);System.out.println("LongConnectionCheckAction:" + userVo);if(userVo != null){redisTemplate.delete(uuid);return "forward:/loginTest?username=" + userVo.getUsername() + "&password=" + userVo.getPassword();}else{if(new Date().getTime() - inTime > LONG_TIME_WAIT){bool = false;redisTemplate.delete(uuid);}}}return "forward:/longConnectionFail";}@RequestMapping(value="/longConnectionFail")@ResponseBodypublic String longConnectionFail(){JSONObject json = new JSONObject();json.put("success", false);json.put("message", "长连接已断开!");return json.toString();}
}

　　用户获得uuid和二维码之后，请求后台的长连接（携带uuid），不断检测uuid是否有对应的用户信息，如果有则转到登录模块（携带登录信息）。

4.PhoneLoginController.java

/*** @author hjzgg*    手机登录验证*/
@Controller
public class PhoneLoginController {@Autowiredprivate RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;@RequestMapping(value="/phoneLogin")public void phoneLogin(String uuid, String username, String password){UserVo user = (UserVo) redisTemplate.opsForValue().get(uuid);if(user == null) {user = new UserVo(username, password);}System.out.println(user);redisTemplate.opsForValue().set(uuid, user);}@RequestMapping(value="/loginPage")public String loginPage(HttpServletRequest request, String uuid){request.setAttribute("uuid", uuid);return "phone_login";}
}