Emoji表情在Android JNI中的兼容性问题详解

起因

最近遇到一个问题，把某个字符串计算MD5，之后把该字符串加密与MD5一起上传到服务端，服务端解密后重新计算md5发现与上传的MD5不一致，而出问题的字符串中无一例外都有Emoji表情。但我自己弄个带表情的字符串上传却没有什么问题。

最终确认这是在Android 5.1以下 jstring -> char数组 时出的问题。下面通过一个示例来还原这个过程。

事件还原

假设有一个字符串s，String s = "\uD83D\uDC8B"; ，对应表情💋。通过调用getBytes()方法，会看到对应的byte数组为[-16, -97, -110, -117] ，按16进制输出为[f0, 9f, 92, 8b] 。

定义一个参数为String的native方法，public native String test(String str); ，在对应的C/C++代码中，通过env->GetStringUTFChars获取传入的String对应的char数组，把char数组的每一个元素按16进制输出。

在Android 7.1.2的测试机上，native层输出的结果为[f0, 9f, 92, 8b] ，与Java的byte数组是一样的，但是在Android 4.4.4的测试机上，输出结果为[ed, a0, bd, ed, b2, 8b] 。从而导致加密后的结果不一样。

服务端收到旧版Android的数据解密后得到[ed, a0, bd, ed, b2, 8b] ，计算MD5自然无法与[f0, 9f, 92, 8b]计算MD5一样。

Unicode、UTF-8、UTF-16

可能有人不是很清楚上面那2种byte数组是怎么来的。首先我们要知道，UTF-8和UTF-16都是Unicode的实现。\uD83D\uDC8B其实是UTF-16大端的表现形式，对于大于0xFFFF（0x10000~0x10FFFF）的Unicode，转换为UTF-16的步骤如下：

1. 将Unicode减去0x10000，结果将是一个长度为20bit的值。
2. 将第一步的20bit的高10bit与0xD800进行或运算，得到UTF-16的高位代理。
3. 将第一步的20bit的低10bit与0xDC00进行或运算，得到UTF-16的低位代理。
4. 高位代理+低位代理即Unicode对应的UTF-16的大端形式。

按照这个步骤反推：

1. \uD83D\uDC8B的二进制位1101 1000 0011 1101 1101 1100 1000 1011，则高位代理为1101 1000 0011 1101，低位代理为1101 1100 1000 1011。
2. 高位代理由高10bit与0xD800进行或运算得到，因此高10bit为00 0011 1101。
3. 低位代理由低10bit与0xDC00进行或运算得到，因此低10bit为00 1000 1011。
4. 所有20bit的值为0000 1111 0100 1000 1011。
5. 加上0x10000，为0001 1111 0100 1000 1011，即0x1F48B。

所以，表情💋对应的Unicode为0x1F48B。

UTF-8的规则是，对于占N个字节的符号（N>1)，第一个字节前N位都是1，N+1位是0，后面的字节前2位为10，然后把Unicode的二进制位填入空缺的二进制位中，空出的位置补0。因此，上面的Unicode 0x1F48B转为UTF-8需要占4个字节，为：

11110 000
10 011111
10 010010
10 001011

即0xF09F928B，这也就是[f0, 9f, 92, 8b]这个byte数组的由来。

那么[ed, a0, bd, ed, b2, 8b]这个byte数组又是怎么来的呢？这是把\uD83D\uDC8B当成2个单独的字符处理了，按照上面Unicode转UTF-8的逻辑，Unicode 0xD83D转为UTF-8为1110 1101 10 100000 10 111101，即0xEDA0BD，Unicode 0xDC8B转为UTF-8为1110 1101 10 110010 10 001011，即0xEDB28B。

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