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详解SpringBoot+SpringSecurity+jwt整合及初体验

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原来一直使用shiro做安全框架，配置起来相当方便，正好有机会接触下SpringSecurity，学习下这个。顺道结合下jwt，把安全信息管理的问题扔给客户端，

准备

首先用的是SpringBoot，省去写各种xml的时间。然后把依赖加入一下

<!--安全-->
<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>

<!--jwt-->
<dependency>
  <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
  <artifactId>jjwt</artifactId>
  <version>0.9.1</version>
</dependency>

application.yml加上一点配置信息，后面会用

jwt:
 secret: secret
 expiration: 7200000
 token: Authorization

可能用到代码，目录结构放出来一下

配置

SecurityConfig配置

首先是配置SecurityConfig，代码如下

@Configuration
@EnableWebSecurity// 这个注解必须加，开启Security
@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true)//保证post之前的注解可以使用
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

  @Autowired
  JwtAuthenticationEntryPoint jwtAuthenticationEntryPoint;

  @Autowired
  JwtUserDetailsService jwtUserDetailsService;

  @Autowired
  JwtAuthorizationTokenFilter authenticationTokenFilter;


  //先来这里认证一下
  @Autowired
  public void configureGlobal(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
    auth.userDetailsService(jwtUserDetailsService).passwordEncoder(passwordEncoderBean());
  }

  //拦截在这配
  @Override
  protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
    http
        .exceptionHandling().authenticationEntryPoint(jwtAuthenticationEntryPoint)
        .and()
        .authorizeRequests()
        .antMatchers("/login").permitAll()
        .antMatchers("/haha").permitAll()
        .antMatchers("/sysUser/test").permitAll()
        .antMatchers(HttpMethod.OPTIONS, "/**").anonymous()
        .anyRequest().authenticated()    // 剩下所有的验证都需要验证
        .and()
        .csrf().disable()           // 禁用 Spring Security 自带的跨域处理
        .sessionManagement().sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS);
      // 定制我们自己的 session 策略：调整为让 Spring Security 不创建和使用 session

    http.addFilterBefore(authenticationTokenFilter, UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);

  }

  @Bean
  public PasswordEncoder passwordEncoderBean() {
    return new BCryptPasswordEncoder();
  }

  @Bean
  @Override
  public AuthenticationManager authenticationManagerBean() throws Exception {
    return super.authenticationManagerBean();
  }

}

ok,下面娓娓道来。首先我们这个配置类继承了WebSecurityConfigurerAdapter，这里面有三个重要的方法需要我们重写一下：

configure(HttpSecurity http)：这个方法是我们配置拦截的地方，exceptionHandling().authenticationEntryPoint(),这里面主要配置如果没有凭证，可以进行一些操作，这个后面会看jwtAuthenticationEntryPoint这个里面的代码。进行下一项配置，为了区分必须加入.and()。authorizeRequests()这个后边配置那些路径有需要什么权限，比如我配置的那几个url都是permitAll(),及不需要权限就可以访问。值得一提的是antMatchers(HttpMethod.OPTIONS, "/**")，是为了方便后面写前后端分离的时候前端过来的第一次验证请求，这样做，会减少这种请求的时间和资源使用。csrf().disable()是为了防止csdf攻击的，至于什么是csdf攻击，请自行百度。

另起一行，以示尊重。sessionManagement().sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS);因为我们要使用jwt托管安全信息，所以把Session禁止掉。看下SessionCreationPolicy枚举的几个参数：

public enum SessionCreationPolicy {
 ALWAYS,//总是会新建一个Session。
 NEVER,//不会新建HttpSession，但是如果有Session存在，就会使用它。
 IF_REQUIRED,//如果有要求的话，会新建一个Session。
 STATELESS;//这个是我们用的，不会新建，也不会使用一个HttpSession。

 private SessionCreationPolicy() {
 }
 }

http.addFilterBefore(authenticationTokenFilter, UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);这行代码主要是用于JWT验证，后面再说。

configure(WebSecurity web)：这个方法我代码中没有用，这个方法主要用于访问一些静态的东西控制。其中ignoring()方法可以让访问跳过filter验证。configureGlobal(AuthenticationManagerBuilder auth)：这个方法是主要进行验证的地方，其中jwtUserDetailsService代码待会会看，passwordEncoder(passwordEncoderBean())是密码的一种加密方式。

还有两个注解：@EnableWebSecurity，这个注解必须加，开启Security。
@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true)，保证post之前的注解可以使用

以上，我们可以确定了哪些路径访问不需要任何权限了，至于哪些路径需要什么权限接着往下看。

SecurityUserDetails

Security 中也有类似于shiro中主体的概念，就是在内存中存了一个东西，方便程序判断当前请求的用户有什么权限，需要实现UserDetails这个接口，所以我写了这个类，并且继承了我自己的类SysUser。

public enum SessionCreationPolicy {
 ALWAYS,//总是会新建一个Session。
 NEVER,//不会新建HttpSession，但是如果有Session存在，就会使用它。
 IF_REQUIRED,//如果有要求的话，会新建一个Session。
 STATELESS;//这个是我们用的，不会新建，也不会使用一个HttpSession。

 private SessionCreationPolicy() {
 }
 }

authorities就是我们的权限，构造方法中我手动把密码set进去了，这不合适，包括权限我也是手动传进去的。这些东西都应该从数据库搜出来，我现在只是体验一把Security，角色权限那一套都没写，所以说明一下就好了，这个构造方法就是传进来一个标志（我这里用的是username，或者应该用userId什么的都可以），然后给你一个完整的主体信息，供其他地方使用。ok，next。

JwtUserDetailsService

SecurityConfig配置里面不是有个方法是做真正的认证嘛，或者说从数据库拿信息，具体那认证信息的方法就是在这个方法里面。

@Service
public class JwtUserDetailsService implements UserDetailsService {

  @Override
  public UserDetails loadUserByUsername(String user) throws UsernameNotFoundException {
    System.out.println("JwtUserDetailsService:" + user);
    List<GrantedAuthority> authorityList = new ArrayList<>();
    authorityList.add(new SimpleGrantedAuthority("ROLE_USER"));
    return new SecurityUserDetails(user,authorityList);
  }

}

继承了Security提供的UserDetailsService接口，实现loadUserByUsername这个方法，我们这里手动模拟从数据库搜出来一个叫USER的权限，通过刚才的构造方法，模拟生成当前user的信息，供后面jwt Filter一大堆验证。至于为什么USER权限要加上“ROLE_”前缀，待会会说。

ok，现在我们知道了怎么配置各种url是否需要权限才能访问，也知道了哪里可以拿到我们的主体信息，那么继续。

JwtAuthorizationTokenFilter

千呼万唤始出来，JWT终于可以上场了。至于怎么生成这个token凭证，待会会说，现在假设前端已经拿到了token凭证，要访问某个接口了，看看怎么进行jwt业务的拦截吧。

@Component
public class JwtAuthorizationTokenFilter extends OncePerRequestFilter {

  private final UserDetailsService userDetailsService;
  private final JwtTokenUtil jwtTokenUtil;
  private final String tokenHeader;

  public JwtAuthorizationTokenFilter(@Qualifier("jwtUserDetailsService") UserDetailsService userDetailsService,
                    JwtTokenUtil jwtTokenUtil, @Value("${jwt.token}") String tokenHeader) {
    this.userDetailsService = userDetailsService;
    this.jwtTokenUtil = jwtTokenUtil;
    this.tokenHeader = tokenHeader;
  }

  @Override
  protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain chain) throws ServletException, IOException {
    final String requestHeader = request.getHeader(this.tokenHeader);
    String username = null;
    String authToken = null;
    if (requestHeader != null && requestHeader.startsWith("Bearer ")) {
      authToken = requestHeader.substring(7);
      try {
        username = jwtTokenUtil.getUsernameFromToken(authToken);
      } catch (ExpiredJwtException e) {
      }
    }

    if (username != null && SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication() == null) {

      UserDetails userDetails = this.userDetailsService.loadUserByUsername(username);

      if (jwtTokenUtil.validateToken(authToken, userDetails)) {
        UsernamePasswordAuthenticationToken authentication = new UsernamePasswordAuthenticationToken(userDetails, null, userDetails.getAuthorities());
        SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);
      }

    }
    chain.doFilter(request, response);
  }
}

提前说一下，关于@Value注解参数开头写了。

doFilterInternal() 这个方法就是这个过滤器的精髓了。首先从header中获取凭证authToken，从中挖掘出来我们的username，然后看看上下文中是否有我们以这个username为标识的主体。没有，ok，去new一个（如果对象也可以new就好了。。。）。然后就是验证这个authToken 是否在有效期呢啊，验证token是否对啊等等吧。其实我们刚刚把我们SecurityUserDetails这个对象叫做主体，到这里我才发现有点自做多情了，因为生成Security承认的主体是通过UsernamePasswordAuthenticationToken类似与这种类去实现的，之前之所以叫SecurityUserDetails为主体，只是它存了一些关键信息。然后将主体信息————authentication，存入上下文环境，供后面使用。

我的很多工具类代码都放到了jwtTokenUtil，下面贴一下代码：

@Component
public class JwtTokenUtil implements Serializable {
  private static final long serialVersionUID = -3301605591108950415L;

  @Value("${jwt.secret}")
  private String secret;

  @Value("${jwt.expiration}")
  private Long expiration;

  @Value("${jwt.token}")
  private String tokenHeader;

  private Clock clock = DefaultClock.INSTANCE;

  public String generateToken(UserDetails userDetails) {
    Map<String, Object> claims = new HashMap<>();
    return doGenerateToken(claims, userDetails.getUsername());
  }

  private String doGenerateToken(Map<String, Object> claims, String subject) {
    final Date createdDate = clock.now();
    final Date expirationDate = calculateExpirationDate(createdDate);

    return Jwts.builder()
        .setClaims(claims)
        .setSubject(subject)
        .setIssuedAt(createdDate)
        .setExpiration(expirationDate)
        .signWith(SignatureAlgorithm.HS512, secret)
        .compact();
  }

  private Date calculateExpirationDate(Date createdDate) {
    return new Date(createdDate.getTime() + expiration);
  }

  public Boolean validateToken(String token, UserDetails userDetails) {
    SecurityUserDetails user = (SecurityUserDetails) userDetails;
    final String username = getUsernameFromToken(token);
    return (username.equals(user.getUsername())
        && !isTokenExpired(token)
    );
  }

  public String getUsernameFromToken(String token) {
    return getClaimFromToken(token, Claims::getSubject);
  }

  public <T> T getClaimFromToken(String token, Function<Claims, T> claimsResolver) {
    final Claims claims = getAllClaimsFromToken(token);
    return claimsResolver.apply(claims);
  }

  private Claims getAllClaimsFromToken(String token) {
    return Jwts.parser()
        .setSigningKey(secret)
        .parseClaimsJws(token)
        .getBody();
  }


  private Boolean isTokenExpired(String token) {
    final Date expiration = getExpirationDateFromToken(token);
    return expiration.before(clock.now());
  }

  public Date getExpirationDateFromToken(String token) {
    return getClaimFromToken(token, Claims::getExpiration);
  }

}

根据注释你能猜个大概吧，就不再说了，有些东西是jwt方面的东西，今天就不再多说了。

JwtAuthenticationEntryPoint

前面还说了一个发现没有凭证走一个方法，代码也贴一下。

@Component
public class JwtAuthenticationEntryPoint implements AuthenticationEntryPoint {
  @Override
  public void commence(HttpServletRequest request,
             HttpServletResponse response,
             AuthenticationException authException)
      throws IOException, ServletException {

    System.out.println("JwtAuthenticationEntryPoint:"+authException.getMessage());
    response.sendError(HttpServletResponse.SC_UNAUTHORIZED,"没有凭证");
  }
}

实现AuthenticationEntryPoint这个接口，发现没有凭证，往response中放些东西。

run code

下面跑一下几个接口，看看具体是怎么具体访问某个方法的吧，还有前面一点悬念一并解决。

登录

先登录一下，看看怎么生成token扔给前端的吧。

@RestController
public class LoginController {

  @Autowired
  @Qualifier("jwtUserDetailsService")
  private UserDetailsService userDetailsService;

  @Autowired
  private JwtTokenUtil jwtTokenUtil;

  @PostMapping("/login")
  public String login(@RequestBody SysUser sysUser, HttpServletRequest request){
    final UserDetails userDetails = userDetailsService.loadUserByUsername(sysUser.getUsername());
    final String token = jwtTokenUtil.generateToken(userDetails);
    return token;
  }

  @PostMapping("haha")
  public String haha(){
    UserDetails userDetails = (UserDetails) org.springframework.security.core.context.SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication().getPrincipal();
    return "haha:"+userDetails.getUsername()+","+userDetails.getPassword();
  }
}

我们前面配置中已经把login设置为随便访问了，这边通过jwt生成一个token串，具体方法请看jwtTokenUtil.generateToken，已经写了。只要知道这里面存了username、加密规则、过期时间就好了。

然后跑下haha接口，发现没问题，正常打印，说明主体也在上下文中了。

需要权限

然后我们访问一个需要权限的接口吧。

@RestController
@RequestMapping("/sysUser")
public class SysUserController {

  @GetMapping(value = "/test")
  public String test() {
    return "Hello Spring Security";
  }

  @PreAuthorize("hasAnyRole('USER')")
  @PostMapping(value = "/testNeed")
  public String testNeed() {
    return "testNeed";
  }
}

访问testNeed接口，看到没，@PreAuthorize("hasAnyRole('USER')")这个说明需要USER权限！我们在刚刚生成SecurityUserDetails这个的时候已经模拟加入了USER权限了，所以可以访问。现在说说为什么加权限的时候需要加入前缀“ROLE_”.看hasAnyRole源码：

public final boolean hasAnyRole(String... roles) {
  return hasAnyAuthorityName(defaultRolePrefix, roles);
}

private boolean hasAnyAuthorityName(String prefix, String... roles) {
  Set<String> roleSet = getAuthoritySet();

  for (String role : roles) {
    String defaultedRole = getRoleWithDefaultPrefix(prefix, role);
    if (roleSet.contains(defaultedRole)) {
      return true;
    }
  }

  return false;
}

private static String getRoleWithDefaultPrefix(String defaultRolePrefix, String role) {
  if (role == null) {
    return role;
  }
  if (defaultRolePrefix == null || defaultRolePrefix.length() == 0) {
    return role;
  }
  if (role.startsWith(defaultRolePrefix)) {
    return role;
  }
  return defaultRolePrefix + role;
}

关键是 defaultRolePrefix 看这个类最上面
private String defaultRolePrefix = "ROLE_";

人家源码这么干的，咱们就这么写呗，咱也不敢问。其实也有不需要前缀的方式，去看看SecurityExpressionRoot这个类吧，用的方法不一样，也就是@PreAuthorize里面有另外一个参数。

一个重要的问题

先说结论：Security上下文环境(里面有主体)生命周期只限于一次请求。

我做了一个测试：

把SecurityConfig里面configure(HttpSecurity http)这个方法里面

http.addFilterBefore(authenticationTokenFilter, UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);

这行代码注释掉，不走那个jwt filter。就是不每次都添加上下上下文环境。

然后loginController改成

@RestController
public class LoginController {

  @Autowired
  @Qualifier("jwtUserDetailsService")
  private UserDetailsService userDetailsService;

  @Autowired
  private JwtTokenUtil jwtTokenUtil;

  @PostMapping("/login")
  public String login(@RequestBody SysUser sysUser, HttpServletRequest request){
    final UserDetails userDetails = userDetailsService.loadUserByUsername(sysUser.getUsername());
    final String token = jwtTokenUtil.generateToken(userDetails);
    //添加 start
    UsernamePasswordAuthenticationToken authentication = new UsernamePasswordAuthenticationToken(userDetails, null, userDetails.getAuthorities());
    SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);
    //添加 end
    return token;
  }

  @PostMapping("haha")
  public String haha(){
    UserDetails userDetails = (UserDetails) org.springframework.security.core.context.SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication().getPrincipal();
    return "haha:"+userDetails.getUsername()+","+userDetails.getPassword();
  }
}

然后登陆，然后访问/haha，崩了，发现userDetails里面没数据。说明这会上下文环境中我们主体不存在。

为什么会这样呢？

SecurityContextPersistenceFilter 一次请求，filter链结束之后 会清除掉Context里面的东西。所说以，主体数据生命周期是一次请求。

源码如下:

public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res, FilterChain chain)
    throws IOException, ServletException {
  ...假装有一堆代码...
  try {
  }
  finally {
    SecurityContext contextAfterChainExecution = SecurityContextHolder
        .getContext();
    // Crucial removal of SecurityContextHolder contents - do this before anything
    // else.
    SecurityContextHolder.clearContext();
    repo.saveContext(contextAfterChainExecution, holder.getRequest(),
        holder.getResponse());
    request.removeAttribute(FILTER_APPLIED);
  }
}

关键就是finally里面 SecurityContextHolder.clearContext(); 这句话。这才体现了那句，把维护信息的事扔给了客户端，你不请求，我也不知道你有啥。

体验小结

配置起来感觉还可以吧，使用jwt方式，生成token.由于上下文环境的生命周期是一次请求，所以在不请求的情况下，服务端不清楚用户有那些权限，真正实现了客户端维护安全信息，所以项目中也没有登出接口，因为没必要。即使前端退出了，你有token，依然可以通过postman请求接口（token没有过期）。不同于shiro可以把信息维护在服务端，要是登出，clear主体信息，访问接口就需要在登录。不过Security这样也有好处，可以实现单点登陆了，也方便做分布式。（只要你不同子系统中验证那一套逻辑相同，或者在分布式的情况下有单独的验证系统）。

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