作者：redmed
背景
Web 项目中经常会遇到处理 URL 中 Query 的情况，来看下下面问题你有疑惑吗？
- 项目中发现会用到 qs、query-string、URLSearchParams、甚至 querystring 几种不同的库，其到底差异在哪里，我该用哪个？
- 在 query 中 key=a&key=b 这种情况 key 取值是什么？和 key[]=a&key[]=b 有区别嘛？
- 在 query 中会有结构如 %HH 的数据，为什么是这样形式的？我们为什么要使用 encodeURIComponent 进行编码？和过时的 escape 又有何区别？
- Content-type 中 x-www-form-urlencoded 的取值，是怎么一回事？
于是梳理一下关于 URL Query 的相关知识点，用来去伪解惑。
URL QueryString
首先介绍下 Query String 的基本概念，这是一切问题的开始。下面是 wiki[1] 的描述：
A query string is a part of a uniform resource locator[2] (URL) that assigns values to specified parameters.
通常的理解就是 URL 中问号（?）后面的部分，其设计最初是用做 HTML form 表单提交时的传参。
基本结构
下面我们看下 query 的基本结构 field1=value1&field2=value2&field3=value3...
包含了如下标准：
- Query String 由一组键值对(field-value)组成；
- 每组键值对的 field 和 value 用=分割；
- 每组数据用&分割；
补充个冷知识：除了使用&分割每对数据外，W3C 曾在 1999 年建议所有 Web 服务器同时支持分号;分割符：
We recommend that HTTP server implementors, and in particular, CGI implementors support the use of ";" in place of "&" to save authors the trouble of escaping "&" characters in this manner.
但在 2014 年以来，就只建议使用 & 作为分隔符了。也就目前我们用到的方式。
- 允许多个value被关联到同一个field上，但 field 如何取值，其实并无明确的处理标准。
例如：field=a&field=b时，field 的值应该是 a、b、['a', 'b']、'a, b' 并无任何权威解释。
关于处理标准这点实在令人出乎意料。通常这类情况会按照数组的方式处理，即 field 值为 ['a', 'b']，但这仅是不同的框架的决定了如何实现而已。
关于这个问题可以前往 stackoverflow[3] 上查看。
数据编码
前面定义好了整体结构，接下来我们看下数据是如何在 query 中传输的。
由于某些字符集（如中文）和在 URL 中有特殊含义的字符（如 空格、%、&、=、?、# 等）无法直接在 Query String 中使用，因此使用了一种叫做「百分号编码[4] Percent-encoding[5]」的方式先将这类特殊字符进行编码后，再进行传输。
其基本结构就是 % + 2 个 16 进制数字（一个 Byte 的内容），范围 %00 - %FF。
具体规则如下：
- 对保留字符进行编码，具体对应如下：
! # $ & ' ( ) * + , / : ; = ? @ [ ] %21 %23 %24 %26 %27 %28 %29 %2A %2B %2C %2F %3A %3B %3D %3F %40 %5B %5D
其对应的就是这些字符的 ASCII 编码的 16 进制格式；
- 如下非保留字符不进行编码，包含：[A-Z]、[a-z]、[0-9]、- 、_、.、~；
- %百分号编码为%25；
- 空格编码为+或%20；
- 其余字符数据使用某种编码方式转换为字节流，再用百分号编码%HH方式表示。
这里需要注意的是，由于早期规范中未明确应使用何种编码，所以会导致如果不明确说明使用何种编码，数据的解析会有歧义。因此在 2005 年发布的 RFC 3986 [6]建议是先转成 UTF-8 编码，再对每个字节进行%HH的编码。
注意，如果使用 from 表单 action 方式时，具体编码会根据 meta 头的 charset 的选择。
当然上述只是标准，实践中 JavaScript 内置了使用 UTF-8 编码的 encodeURI/encodeURIComponent 函数，大大简化的编码过程。
关于指定编码，这里有个有趣的事情：
在使用百度时，你会发现 URL 中有个 ie 参数，其实含义就是 Input Encoding（对，不是 IE 浏览器），目的就是指定关键词 wd 的编码格式。曾默认是 GB2312（因为当时很多网站还使用 GB2312 编码），当然现在已经默认成 UTF-8 。（不过百度结果里依然有不少文章还在说 ie 的默认值是 GB2312 ）
可以用 https://www.baidu.com/s?wd=%E4%B8%AD&ie=gb2312 和 https://www.baidu.com/s?wd=%E4%B8%AD 来感受下他们的差异吧~
编码实践
这一节我们挑重点地对比下各类 Query String 的函数库，了解老虎老鼠的差异，避免开发时傻傻分不清楚。
以下仅对常用 API 的部分用法做演示，更多用法可自行查找。
瑞士军刀 qs
github[7]
A querystring parsing and stringifying library with some added security.
官方介绍很简单：一个增加了安全性的 Query String 解析和序列化的函数库。
.parse(string, [options])
- 对于简单 query，可以进行常规的转换，同时会对 field 和 value 进行 decode 解码。
qs.parse('a=c&b%201=d%26e');
// { a: 'c', 'b 1': 'd&e' }
注意 qs 不会忽略头部的 ?，需要自行去掉，否则会当做 field 的一部分，例如：qs.parse('?a=b')会解析为 { '?a': 'b' }。
- 支持 query 中的嵌套对象。
qs.parse('foo[bar]=baz');
// { foo: { bar: 'baz' } }
但默认子元素最多嵌套 5 层，需要通过 parse(string, [options]) 的 opinion.depth 来修改。
// defalut
qs.parse('a[b][c][d][e][f][g][h][i]=j');
// {a: {b: {c: {d: {e: {f: {'[g][h][i]': 'j'}}}}}}}
// set depth
qs.parse('a[b][c][d][e][f][g][h][i]=j', { depth: 1 });
// { a: { b: { '[c][d][e][f][g][h][i]': 'j' } } }
- 支持自定义除&以外的分隔符。
var delimited = qs.parse('a=b;c=d', { delimiter: ';' });
// { a: 'b', c: 'd' }
这点符合 W3C 对;支持的建议，但大部分情况应该不会用到。
- 支持各种 array 的解析，虽然官方文档写了 [] 作为数组标识，但实际上不使用[]依然可以解析。
var withArray = qs.parse('a[]=b&a[]=c');
// { a: ['b', 'c'] }
var withArray = qs.parse('a=b&a=c');
// { a: ['b', 'c'] }
同时也支持为数组指定索引顺序。
var withIndexes = qs.parse('a[1]=c&a[0]=b');
// { a: ['b', 'c'] };
并行支持 allowSparse 获取抽稀形式的数组。
var sparseArray = qs.parse('a[1]=2&a[3]=5', { allowSparse: true });
// { a: [, '2', , '5'] };
但默认指定的 index 最大值为 20，如果超过最大值，则按照 object 形式解析。使用 arrayLimit控制最大值。
var withMaxIndex = qs.parse('a[100]=b');
// { a: { '100': 'b' } }
var withArrayLimit = qs.parse('a[1]=b', { arrayLimit: 0 });
// { a: { '1': 'b' } }
.stringify(object, [options])
这里主要介绍下 array 类型的编码。qs 默认会对 field 和 value 都进行编码，同时会使用[]作为数据的标识（且默认对[]进行百分号编码），需指定 encodeValuesOnly: true才仅对 value 编码。
// defalut
qs.stringify({key: ['a', 'b']});
// key%5B0%5D=a&key%5B1%5D=b
//
qs.stringify({key: ['a', 'b']}, { encodeValuesOnly: true });
// key[0]=a&key[1]=b
去掉[]标识，可使用 { indices: false }。
qs.stringify({key: ['a', 'b']}, { indices: false });
// key=a&key=b
支持配置 charset
默认使用 UTF-8，内置了 ISO-8859-1 模式，也可以支持 encoder 扩展。
而接下来的库仅支持 UTF-8 的编码方式。
简洁专注 query-string
github[8]
Parse and stringify URL query strings[1]
For browser usage, this package targets the latest version of Chrome, Firefox, and Safari.
官方名字看起来，依旧是处理 Query String 的。
另外，官方还送上友（wei）情（xian）提示，各位同学不要看走眼。
Not npm install querystring !!!!!
.parse(string, [options])
- 基本的解析和 qs 一样，会对 field 和 value 进行 decode。
不过，头部的?和#的部分将被忽略，因此可以直接将 location.search 和 location.hash 传入。
queryString.parse('a=c&b%201=d%26e');
// { a: 'c', 'b 1': 'd&e' }
- 不支持嵌套，官方建议可以使用 JSON 序列化的方式传值。
This module intentionally doesn't support nesting as it's not spec'd and varies between implementations, which causes a lot of edge cases[10].
You're much better off just converting the object to a JSON string:
- query 中 array 的解析，默认不支持[]形式，需要指定 { arrayFormat: 'bracket' }开启。
queryString.parse('key=a&key=b');
// { key: ['a', 'b'] };
queryString.parse('key[]=a&key[]=b');
// { 'key[]': ['a', 'b'] };
queryString.parse('key[]=a&key[]=b', { arrayFormat: 'bracket' });
// { key: ['a', 'b'] };
当然 query-string 也支持索引的方式标记的数组，{arrayFormat: 'index'}。
queryString.parse('foo[0]=1&foo[1]=2&foo[3]=3', {arrayFormat: 'index'});
{foo: ['1', '2', '3']}
.stringify(object, [options])
依然重点介绍 array 类型的编码，默认不使用[]标识。
queryString.stringify({key: ['a', 'b']});
// key=a&key=b
需要[]的话，使用 {arrayFormat: 'bracket'}开启，默认[]也不会被 encode。
queryString.stringify({key: ['a', 'b']}, {arrayFormat: 'bracket'});
// key[]=a&key[]=b
这点和 qs 是相反的，需要特别注意！
历史产物 querystring
NodeJS 中解析 query 的模块。
NodeJS 14.x[11] 中明确标记为 Legacy，官方推荐 URLSearchaParms 代替。
The querystring API is considered Legacy. New code should use the URLSearchParams[12] API instead.
但在 15.x 以及以后的版本又改为 Stable，但指出这是非标准 API。
querystring is more performant than ``[13] but is not a standardized API. Use
when performance is not critical or when compatibility with browser code is desirable.
功能类似 query-string，不支持嵌套对象的解析，这里不再赘述。
血统纯正 URL / URLSearchParams
URL 和 URLSearchParams 是 URL API 规范[14] 中的两个标准的接口。其提供了访问、操作 URL 的 API。
其中，URL 定义了像域名、主机和 IP 地址等概念，URLSearchParams 定义了一些常用的方法来处理 Query String。我们重点介绍下后者。
URLSearchParams
两种方式创建 URLSearchParams 对象，URLSearchParams构造函数会忽略 search 中的?。
// 1. 通过 URL
const url = new URL('https://abc.com/path/v1?key=a&key=b%26c');
const search1 = url.searchParams;
// 2. 直接构造
const search2 = new URLSearchParams(location.search);
.get(name)
该方法获取的值会被自动 decode，如果 name 不存在返回 null，如果 value 不存在返回空字符串。
const search = new URLSearchParams('key=b%26c&key2');
search.get('key'); // b&c
search.get('key2'); // ''
search.get('key3'); // null
.getAll(name)
需要特别注意，如果有多个相同的 name，get() 只能获取第一个值。获取全部需要使用 getAll()，该函数返回数组（即便只有一个 value）。
const search = new URLSearchParams('key=a&key=b');
search.get('key'); // a
search.getAll('key'); // ['a', 'b']
.set(name, string) / .append(name, string)
向 URLSearchParams 中添加数据，set() 会覆盖原有值。如果需要添加重复的 name，需要使用 append()。
set() 和 append() 仅支持 string 类型的 value。同时 field 和 value 都会被 encode，无需额外处理。
const search = new URLSearchParams();
search.append('key', 'a');
search.append('key', 'b');
search.toString(); // key=a&key=b
.keys()
返回一个 IterableIterator迭代器，可以使用for...of遍历。需要注意，重复的 key 会出现多次
const search = new URLSearchParams('key=a&key=b');
for (const key of search.keys()) {
console.log(key);
}
// key
// key
.toString()
获取的 Query String，会被自动 encode 处理。空格转成+。对于重复 field，使用了 field=v1&field=v2 的方式。
const search = new URLSearchParams();
search.set('key', '?&=')
search.set('key2', 'a b');
search.toString(); // key=%3F%26%3D&&key2=a+b
兼容
关于兼容，目前浏览器占比基本上没有问题。实际开发中遇到 iOS10 以下不兼容的情况，使用 polyfill 即可。
总结对比
从上面的总结来看，我们发现 qs 和 query-string / URLSearchParams 最大的差异在于对于多层嵌套对象（Nested object）的支持与否。
- qs被设计用于解析x-www-form-urlencoded数据，拥有强大的序列化能力，可以处理复杂的类 JSON数据。
- query-string 和 URLSearchParams 则使用简单的序列化算法，适合常规的 Web 端数据传输，处理平面数据结构。
- 对于平面数据，以上效果是一样的。
而当使用复杂的 JSON 数据结构时，我们通常会使用JSON.stringify() 方法先将数据进行序列化（也称字符串化），将复杂数据转换成基本的字符串数据后，再进行传输。
- 另外如果有特殊编码需求，除qs外都仅支持 UTF-8 的编码。
因此通常情况下：
- 在 Web 项目中解析 GET 形式的 query，使用 URLSearchParams 就足够了（可代替query-string）；
- 而在 NodeJS 项目中，除了解析 GET query 外，还要解析 POST body 中的数据，因此使用 qs 可以获得更好的兼容性。同时不少框架也依然使用了 querystring 这个原生 API。
expressjs 的 body-parser 中，用户可以自行选择使用 qs 还是 querystring；
koajs的koa-body和bodyparser所依赖的 co-body，都选择了qs。
当然了解了他们差异后，选择哪种方式就要根据你的实际情况而定了。
延伸话题
整理资料过程中，引申出更多有趣的问题，也稍作整理。
空格编码问题
还记得前面提到的编码规则里， 空格的编码可以是 + 或者%20，这里描述的就很模糊。
函数对比
我们先来看下上面不同 API 是如何处理的？
对+和%20的识别都没问题（毕竟兼容还是能做到的），但是转换空格URLSearchParams就有不同的逻辑了。至于为什么会有两种编码结果？
这里要特别说明的是URLSearchParams采用了
application/x-www-form-urlencoded编码模式，而这个编码采用了一个非常早期（RFC 1738）的通用百分号编码方法——就是将 空格转换为+。至于为什么会采用这种方式，我猜想是因为要考虑到历史兼容问题——生成的 URL 需要被那些旧的仅支持+的程序识别。
当然+已经不推荐了，在 RFC 3986[15] 中已推荐使用%20。
特别说明
这里特别说明下 decodeURIComponent，是无法解析+为 空格的，因此实际业务中，如果无法保证传入空格的编码方式，还是使用URLSearchParams或者query-string来解析数据吧。
或者做一个简单的兼容处理：
function decodeQueryParam(p) {
return decodeURIComponent(p.replace(/+/g, " "));
}
decodeQueryParam("search+query%20%28correct%29");
// 'search query (correct)'
扩展参考
URLSearchParams中 +的问题，具体细节可参考 whatwg 的描述：
As a URLSearchParams object uses the application/x-www-form-urlencoded format underneath there are some difference with how it encodes certain code points compared to a URL object (including href and search ). This can be especially surprising when using searchParams to operate on a URL[16]’s query[17].
URLSearchParams objects will percent-encode anything in the application/x-www-form-urlencoded percent-encode set, and will encode U+0020 SPACE as U+002B (+).
以及 whatwg 中关于
application/x-www-form-urlencoded 的描述：
Control names and values are escaped. Space characters are replaced by '+', and then reserved characters are escaped as described in [RFC1738][18], section 2.2: Non-alphanumeric characters are replaced by %HH, a percent sign and two hexadecimal digits representing the ASCII code of the character. Line breaks are represented as "CR LF" pairs (i.e., %0D%0A).
Content-type 中的 x-www-form-urlencoded
当我们在HTTP中使用 MIME 类型为x-www-form-urlencoded格式提交数据时，所使用的就是前文所介绍的编码方式。
只是如果发送的是 GET 请求，数据会拼接在 Query 中；而发送 POST 请求则会将数据放置在消息体（body）中，通过Header中的Content-Type 来指定 MIME 类型。
当然并不是所有的数据都适合使用 x-www-form-urlencoded，通常有二进制数据时，urlencoded使用百分号%HH和UTF-8的编码方式，会大大增加了数据的长度。为了节省传输数据的空间，会选择form-data代替。
原生 from 表单的编码
除了上面提到的各类函数外，原生 html 的 form 表单在提交数据时，本身也是可以进行编码的。
当点击提交时， 表单内的 input 数据会进行百分号编码。但要注意的是编码的格式是按照 meta 中设定的 charset 进行的。例如当输入「中」时，UTF-8 是 name=%E4%B8%AD，GBK 则是 name=%D6%D0。空格 则是+。
encodeURI(Component) 和 escape
前文提到过encodeURI(encodeURIComponent)使用 UTF-8 编码，而 escape 是一个已经被废弃的非标准方式，其采用了 UTF-16 编码，同时在码点小于 255 的使用 %uXX 表示，码点大于 255 的使用 %uXXXX 的方式。
同时要注意当decodeURI(decodeURIComponent)解析非法的 %HH 格式数据时（如不合规范的 UTF-8 数据、被截断的%HH 字符等），会包抛出URIError异常。
try {
const a = decodeURIComponent("%E0%A4%A");
} catch (e) {
console.error(e);
}
// URIError: malformed URI sequence
因此如果无法保证数据的可用性，记得总是要 try...catch 一下比较保险。
或者更推荐使用类似`safe-decode-uri-component`[19]的三方库，来避免这类麻烦。
至于 UTF-8 的合法格式是什么样的，这就要涉及更多的编码知识了。
参考资料
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Query_string
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Uniform_resource_locator
[3] https://bytedance.feishu.cn/docx/D6LTd2zgHo2S5NxaFE6cnh9knHf#Oo6UdgOqSog2G2xsp3VcSPdIn6d
[4] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BE%E5%88%86%E5%8F%B7%E7%BC%96%E7%A0%81
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Percent-encoding
[6] https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc3986
[7] https://github.com/ljharb/qs
[8] https://www.npmjs.com/package/query-string
[9] https://www.baeldung.com/postman-form-data-raw-x-www-form-urlencoded
[10] https://github.com/visionmedia/node-querystring/issues
[11] https://nodejs.org/docs/latest-v14.x/api/querystring.html
[12] https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/URLSearchParams
[13] https://nodejs.org/dist/latest-v19.x/docs/api/url.html#class-urlsearchparams
[14] https://url.spec.whatwg.org/#api
[15] https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc3986#section-2.1
[16] https://url.spec.whatwg.org/#concept-url
[17] https://url.spec.whatwg.org/#concept-url-query
[18] https://www.w3.org/TR/html4/references.html#ref-RFC1738
[19] https://github.com/jridgewell/safe-decode-uri-component
[20] https://stackoverflow.com/questions/29175465/body-parser-extended-option-qs-vs-querystring/29177740#29177740
[21] https://www.w3.org/TR/1999/REC-html401-19991224/appendix/notes.html#h-B.2.2
[22] https://stackoverflow.com/questions/1746507/authoritative-position-of-duplicate-http-get-query-keys
[23] https://www.w3.org/TR/html4/interact/forms.html#h-17.13.4.1
[24] https://url.spec.whatwg.org/#interface-urlsearchparams
[25] https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc1738
[26] https://www.w3.org/International/O-URL-code.html
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