在前后端分离的项目中，登录策略也有不少，不过 JWT 算是目前比较流行的一种解决方案了，本文就和大家来分享一下如何将 Spring Security 和 JWT 结合在一起使用，进而实现前后端分离时的登录解决方案。
1 无状态登录
1.1 什么是有状态？
有状态服务，即服务端需要记录每次会话的客户端信息，从而识别客户端身份，根据用户身份进行请求的处理，典型的设计如 Tomcat 中的 Session。例如登录：用户登录后，我们把用户的信息保存在服务端 session 中，并且给用户一个 cookie 值，记录对应的 session，然后下次请求，用户携带 cookie 值来（这一步有浏览器自动完成），我们就能识别到对应 session，从而找到用户的信息。这种方式目前来看最方便，但是也有一些缺陷，如下：
- 服务端保存大量数据，增加服务端压力
- 服务端保存用户状态，不支持集群化部署
1.2 什么是无状态
微服务集群中的每个服务，对外提供的都使用 RESTful 风格的接口。而 RESTful 风格的一个最重要的规范就是：服务的无状态性，即：
- 服务端不保存任何客户端请求者信息
- 客户端的每次请求必须具备自描述信息，通过这些信息识别客户端身份
那么这种无状态性有哪些好处呢？
- 客户端请求不依赖服务端的信息，多次请求不需要必须访问到同一台服务器
- 服务端的集群和状态对客户端透明
- 服务端可以任意的迁移和伸缩（可以方便的进行集群化部署）
- 减小服务端存储压力
1.3 如何实现无状态
无状态登录的流程：
- 首先客户端发送账户名/密码到服务端进行认证
- 认证通过后，服务端将用户信息加密并且编码成一个 token，返回给客户端
- 以后客户端每次发送请求，都需要携带认证的 token
- 服务端对客户端发送来的 token 进行解密，判断是否有效，并且获取用户登录信息
1.4 JWT
1.4.1 简介
JWT，全称是 Json Web Token， 是一种 JSON 风格的轻量级的授权和身份认证规范，可实现无状态、分布式的 Web 应用授权：
JWT 作为一种规范，并没有和某一种语言绑定在一起，常用的 Java 实现是 GitHub 上的开源项目 jjwt，地址如下：https://github.com/jwtk/jjwt
1.4.2 JWT数据格式
JWT 包含三部分数据：
我们会对头部进行 Base64Url 编码（可解码），得到第一部分数据。
这部分也会采用 Base64Url 编码，得到第二部分数据。
- Signature：签名，是整个数据的认证信息。一般根据前两步的数据，再加上服务的的密钥secret（密钥保存在服务端，不能泄露给客户端），通过 Header 中配置的加密算法生成。用于验证整个数据完整和可靠性。
生成的数据格式如下图：
注意，这里的数据通过 . 隔开成了三部分，分别对应前面提到的三部分，另外，这里数据是不换行的，图片换行只是为了展示方便而已。
1.4.3 JWT 交互流程
流程图：
步骤翻译：
- 应用程序或客户端向授权服务器请求授权
- 获取到授权后，授权服务器会向应用程序返回访问令牌
- 应用程序使用访问令牌来访问受保护资源（如 API）
因为 JWT 签发的 token 中已经包含了用户的身份信息，并且每次请求都会携带，这样服务的就无需保存用户信息，甚至无需去数据库查询，这样就完全符合了 RESTful 的无状态规范。
1.5 JWT 存在的问题
说了这么多，JWT 也不是天衣无缝，由客户端维护登录状态带来的一些问题在这里依然存在，举例如下：
- 续签问题，这是被很多人诟病的问题之一，传统的 cookie+session 的方案天然的支持续签，但是 jwt 由于服务端不保存用户状态，因此很难完美解决续签问题，如果引入 redis，虽然可以解决问题，但是 jwt 也变得不伦不类了。
- 注销问题，由于服务端不再保存用户信息，所以一般可以通过修改 secret 来实现注销，服务端 secret 修改后，已经颁发的未过期的 token 就会认证失败，进而实现注销，不过毕竟没有传统的注销方便。
- 密码重置，密码重置后，原本的 token 依然可以访问系统，这时候也需要强制修改 secret。
- 基于第 2 点和第 3 点，一般建议不同用户取不同 secret。
2 实战
说了这么久，接下来我们就来看看这个东西到底要怎么用？
2.1 环境搭建
首先我们来创建一个 Spring Boot 项目，创建时需要添加 Spring Security 依赖，创建完成后，添加 jjwt 依赖，完整的 pom.xml 文件如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
| <dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
<artifactId>jjwt</artifactId>
<version>0.9.1</version>
</dependency>
|
然后在项目中创建一个简单的 User 对象实现 UserDetails 接口，如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
| public class User implements UserDetails {
private String username;
private String password;
private List<GrantedAuthority> authorities;
public String getUsername() {
return username;
}
@Override
public boolean isAccountNonExpired() {
return true;
}
@Override
public boolean isAccountNonLocked() {
return true;
}
@Override
public boolean isCredentialsNonExpired() {
return true;
}
@Override
public boolean isEnabled() {
return true;
}
}
|
这个就是我们的用户对象，先放着备用，再创建一个 HelloController，内容如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
| @RestController
public class HelloController {
@GetMapping("/hello")
public String hello() {
return "hello jwt !";
}
@GetMapping("/admin")
public String admin() {
return "hello admin !";
}
}
|
HelloController 很简单，这里有两个接口，设计是 /hello 接口可以被具有 user 角色的用户访问，而 /admin 接口则可以被具有 admin 角色的用户访问。
2.2 JWT 过滤器配置
接下来提供两个和 JWT 相关的过滤器配置：
- 一个是用户登录的过滤器，在用户的登录的过滤器中校验用户是否登录成功，如果登录成功，则生成一个token返回给客户端，登录失败则给前端一个登录失败的提示。
- 第二个过滤器则是当其他请求发送来，校验token的过滤器，如果校验成功，就让请求继续执行。
这两个过滤器，我们分别来看，先看第一个：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
| public class JwtLoginFilter extends AbstractAuthenticationProcessingFilter {
protected JwtLoginFilter(String defaultFilterProcessesUrl, AuthenticationManager authenticationManager) {
super(new AntPathRequestMatcher(defaultFilterProcessesUrl));
setAuthenticationManager(authenticationManager);
}
@Override
public Authentication attemptAuthentication(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws AuthenticationException, IOException, ServletException {
User user = new ObjectMapper().readValue(req.getInputStream(), User.class);
return getAuthenticationManager().authenticate(new UsernamePasswordAuthenticationToken(user.getUsername(), user.getPassword()));
}
@Override
protected void successfulAuthentication(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp, FilterChain chain, Authentication authResult) throws IOException, ServletException {
Collection<? extends GrantedAuthority> authorities = authResult.getAuthorities();
StringBuffer as = new StringBuffer();
for (GrantedAuthority authority : authorities) {
as.append(authority.getAuthority())
.append(",");
}
String jwt = Jwts.builder()
.claim("authorities", as)
.setSubject(authResult.getName())
.setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + 10 * 60 * 1000))
.signWith(SignatureAlgorithm.HS512,"sang@123")
.compact();
resp.setContentType("application/json;charset=utf-8");
PrintWriter out = resp.getWriter();
out.write(new ObjectMapper().writeValueAsString(jwt));
out.flush();
out.close();
}
protected void unsuccessfulAuthentication(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp, AuthenticationException failed) throws IOException, ServletException {
resp.setContentType("application/json;charset=utf-8");
PrintWriter out = resp.getWriter();
out.write("登录失败!");
out.flush();
out.close();
}
}
|
关于这个类，我说如下几点：
- 自定义 JwtLoginFilter 继承自 AbstractAuthenticationProcessingFilter，并实现其中的三个默认方法。
- attemptAuthentication 方法中，我们从登录参数中提取出用户名密码，然后调用 AuthenticationManager.authenticate() 方法去进行自动校验。
- 第二步如果校验成功，就会来到 successfulAuthentication 回调中，在 successfulAuthentication 方法中，将用户角色遍历然后用一个
, 连接起来，然后再利用 Jwts 去生成 token，按照代码的顺序，生成过程一共配置了四个参数，分别是用户角色、主题、过期时间以及加密算法和密钥，然后将生成的 token 写出到客户端。
- 第二步如果校验失败就会来到 unsuccessfulAuthentication 方法中，在这个方法中返回一个错误提示给客户端即可。
再来看第二个 token 校验的过滤器：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
| public class JwtFilter extends GenericFilterBean {
@Override
public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
HttpServletRequest req = (HttpServletRequest) servletRequest;
String jwtToken = req.getHeader("authorization");
System.out.println(jwtToken);
Claims claims = Jwts.parser().setSigningKey("sang@123").parseClaimsJws(jwtToken.replace("Bearer",""))
.getBody();
String username = claims.getSubject();
List<GrantedAuthority> authorities = AuthorityUtils.commaSeparatedStringToAuthorityList((String) claims.get("authorities"));
UsernamePasswordAuthenticationToken token = new UsernamePasswordAuthenticationToken(username, null, authorities);
SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(token);
filterChain.doFilter(req,servletResponse);
}
}
|
关于这个过滤器，我说如下几点：
- 首先从请求头中提取出 authorization 字段，这个字段对应的 value 就是用户的 token。
- 将提取出来的 token 字符串转换为一个 Claims 对象，再从 Claims 对象中提取出当前用户名和用户角色，创建一个 UsernamePasswordAuthenticationToken 放到当前的 Context 中，然后执行过滤链使请求继续执行下去。
如此之后，两个和 JWT 相关的过滤器就算配置好了。
2.3 Spring Security 配置
接下来我们来配置 Spring Security,如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
| @Configuration
public class WebSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
@Bean
PasswordEncoder passwordEncoder() {
return NoOpPasswordEncoder.getInstance();
}
@Override
protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
auth.inMemoryAuthentication().withUser("admin")
.password("123").roles("admin")
.and()
.withUser("sang")
.password("456")
.roles("user");
}
@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
http.authorizeRequests()
.antMatchers("/hello").hasRole("user")
.antMatchers("/admin").hasRole("admin")
.antMatchers(HttpMethod.POST, "/login").permitAll()
.anyRequest().authenticated()
.and()
.addFilterBefore(new JwtLoginFilter("/login",authenticationManager()),UsernamePasswordAuthenticationFilter.class)
.addFilterBefore(new JwtFilter(),UsernamePasswordAuthenticationFilter.class)
.csrf().disable();
}
}
|
- 简单起见，这里我并未对密码进行加密，因此配置了 NoOpPasswordEncoder 的实例。
- 简单起见，这里并未连接数据库，我直接在内存中配置了两个用户，两个用户具备不同的角色。
- 配置路径规则时，
/hello 接口必须要具备 user 角色才能访问， /admin 接口必须要具备 admin 角色才能访问，POST 请求并且是 /login 接口则可以直接通过，其他接口必须认证后才能访问。
- 最后配置上两个自定义的过滤器并且关闭掉 csrf 保护。
2.4 测试
做完这些之后，我们的环境就算完全搭建起来了，接下来启动项目然后在 POSTMAN 中进行测试，如下：
登录成功后返回的字符串就是经过 base64url 转码的 token，一共有三部分，通过一个 . 隔开，我们可以对第一个 . 之前的字符串进行解码，即 Header，如下：
再对两个 . 之间的字符解码，即 payload：
可以看到，我们设置信息，由于 base64 并不是加密方案，只是一种编码方案，因此，不建议将敏感的用户信息放到 token 中。
接下来再去访问 /hello 接口，注意认证方式选择 Bearer Token，Token 值为刚刚获取到的值，如下：
可以看到，访问成功。
总结
这就是 JWT 结合 Spring Security 的一个简单用法，讲真，如果实例允许，类似的需求我还是推荐使用 OAuth2 中的 password 模式。
不知道大伙有没有看懂呢？如果没看懂，松哥还有一个关于这个知识点的视频教程，如下：
