验证码的java代码怎么写

以下是关于 Java实现验证码功能 的完整指南，涵盖原理、代码实现、参数调优及常见问题解答，本文采用模块化叙述方式，结合代码注释与表格对比，帮助您快速掌握核心要点。

验证码基础原理

验证码本质是通过程序动态生成「人眼可识别但机器难以解析」的图形化文本，其核心目标在于区分人类用户与自动化脚本（防爬虫/刷票），典型特征包括：
✅ 随机性：每次请求返回不同内容
✅ 视觉干扰：背景噪点、干扰线、像素扭曲
✅ 字符变形：旋转、缩放、颜色渐变
✅ 安全边界：限制尝试次数、绑定Session/Token

完整代码实现（基于Servlet）

核心依赖包

import javax.imageio.ImageIO;
import javax.servlet.http.;
import java.awt.;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.util.Random;

主服务类 CaptchaServlet.java

public class CaptchaServlet extends HttpServlet {
    private static final int WIDTH = 120;      // 图片宽度
    private static final int HEIGHT = 40;      // 图片高度
    private static final String[] CHARS = "ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZabcdefghjkmnpqrstuvwxyz23456789"; // 去除非字母数字字符
    private static final int LENGTH = 4;       // 验证码长度
    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception {
        // 创建内存中的图片缓冲区
        BufferedImage image = new BufferedImage(WIDTH, HEIGHT, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
        Graphics2D g = image.createGraphics();
        // ======== 第一步：绘制背景 ========
        g.setColor(Color.WHITE);
        g.fillRect(0, 0, WIDTH, HEIGHT);
        // 添加渐变背景增强干扰
        int widthRange = WIDTH / 2;
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int x = new Random().nextInt(widthRange);
            int y = new Random().nextInt(HEIGHT);
            g.setColor(new Color(200 + i  10, 200 + i  10, 200 + i  10));
            g.drawOval(x, y, 2 + i, 2 + i);
        }
        // ======== 第二步：生成随机字符 ========
        StringBuilder captchaText = new StringBuilder();
        Font font = new Font("Arial", Font.BOLD, 28); // 初始字体大小
        g.setFont(font);
        // 精确计算字符间距
        FontMetrics fm = g.getFontMetrics();
        int charWidth = fm.charWidth('A');
        int totalWidth = (LENGTH 1)  charWidth;
        int startX = (WIDTH totalWidth) / 2;
        for (int i = 0; i < LENGTH; i++) {
            // 随机选择字符
            char c = CHARS[new Random().nextInt(CHARS.length)];
            captchaText.append(c);
            // 设置随机颜色（明度>128保证可读性）
            g.setColor(new Color(
                30 + new Random().nextInt(128),
                30 + new Random().nextInt(128),
                30 + new Random().nextInt(128)
            ));
            // 应用旋转变换（-30°~30°）
            AffineTransform transform = new AffineTransform();
            transform.rotate(Math.toRadians((new Random().nextInt(60) 30)), startX + i  charWidth, HEIGHT/2);
            g.setTransform(transform);
            // 绘制字符（带轻微垂直偏移）
            g.drawString(String.valueOf(c), startX + i  charWidth, HEIGHT/2 + (new Random().nextInt(10) 5));
            g.setTransform(new AffineTransform()); // 重置变换矩阵
        }
        // ======== 第三步：添加干扰元素 ========
        // 绘制干扰线
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            g.setColor(new Color(new Random().nextInt(255), new Random().nextInt(255), new Random().nextInt(255), 150));
            int x1 = new Random().nextInt(WIDTH);
            int y1 = new Random().nextInt(HEIGHT);
            int x2 = new Random().nextInt(WIDTH);
            int y2 = new Random().nextInt(HEIGHT);
            g.drawLine(x1, y1, x2, y2);
        }
        // 添加噪点
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            int x = new Random().nextInt(WIDTH);
            int y = new Random().nextInt(HEIGHT);
            g.setColor(new Color(new Random().nextInt(255), new Random().nextInt(255), new Random().nextInt(255)));
            g.fillRect(x, y, 1, 1);
        }
        // ======== 第四步：保存到Session并输出 ========
        HttpSession session = request.getSession();
        session.setAttribute("CAPTCHA_CODE", captchaText.toString());
        // 设置响应头
        response.setHeader("Pragma", "No-cache");
        response.setHeader("Cache-Control", "no-cache");
        response.setDateHeader("Expires", 0);
        response.setContentType("image/jpeg");
        ImageIO.write(image, "jpeg", response.getOutputStream());
    }
}

web.xml配置

<servlet>
    <servlet-name>CaptchaServlet</servlet-name>
    <servlet-class>com.example.CaptchaServlet</servlet-class>
</servlet>
<servlet-mapping>
    <servlet-name>CaptchaServlet</servlet-name>
    <url-pattern>/captcha</url-pattern>
</servlet-mapping>

关键参数详解与调优建议

最佳实践建议：

1. 双重校验机制：除前端展示外，后端仍需验证提交的验证码是否匹配Session中的值
2. 频率限制：同一IP短时间内多次失败应触发临时封禁
3. 多因子认证：高风险操作建议结合短信/邮箱二次验证
4. 移动端适配：减小图片尺寸至80×30px，增大字符间距

前端调用示例（HTML+JS）

<img id="captchaImg" src="/captcha" onclick="refreshCaptcha()" alt="点击刷新验证码">
<input type="text" id="captchaInput" placeholder="请输入验证码">
<script>
function refreshCaptcha() {
    document.getElementById('captchaImg').src = '/captcha?' + Math.random();
    document.getElementById('captchaInput').value = '';
}
</script>

相关问答FAQs

Q1: 生成的验证码包含中文字符时严重变形怎么办？

A: 中文字符由于笔画复杂，传统仿射变换会导致过度失真，解决方案有两种：

1. 专用字体方案：使用支持中文且字形稳定的字体文件（如微软雅黑），禁用旋转仅保留平移和缩放
2. 分段渲染：将每个汉字单独渲染到独立图层，再合并到主画布
   示例修改代码片段：

   // 替换原有字符绘制逻辑
   if (Character.UnicodeScript.of(c) == UnicodeScript.HAN) {
    // 中文字符特殊处理
    g.setFont(new Font("Microsoft YaHei", Font.PLAIN, 24));
    g.drawString(String.valueOf(c), xPos, yPos);
   } else {
    // 英文数字正常处理
    ...
   }

Q2: 如何提升验证码的安全性等级？

A: 可通过以下组合策略增强安全性：
| 安全层级 | 实施措施 | 效果评估 |
|———-|————————————————————————–|——————————|
| 基础级 | 现有实现 + Session绑定 | 防御简单机器人 |
| 中级 | 增加行为轨迹记录（鼠标移动路径） | 拦截普通自动化工具 |
| 高级 | 加入语义理解验证（选出包含汽车的图片） | 有效对抗专业打码平台 |
| 专家级 | 设备指纹识别 + IP信誉库校验 | 精准识别恶意流量来源 |

实际部署时应遵循「最小必要原则」，根据业务风险等级选择合适的安全策略，例如银行系统建议采用「中级+高级」组合，普通论坛使用基础级即可。