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SpringBoot2X使用JWTJSONWebToken

jiezi
一、跨域认证遇到的问题

由于多终端的出现，很多的站点通过 web api restful 的形式对外提供服务，采用了前后端分离模式进行开发，因而在身份验证的方式上可能与传统的基于 cookie 的 Session Id 的做法有所不同，除了面临跨域提交 cookie 的问题外，更重要的是，有些终端可能根本不支持 cookie。

JWT（JSON Web Token） 是一种身份验证及授权方案，简单的说就是调用端调用 api 时，附带上一个由 api 端颁发的 token，以此来验证调用者的授权信息。

一般流程是下面这样：

  1. 用户向服务器发送用户名和密码。
  2. 服务器验证通过后，在当前对话（session）里面保存相关数据，比如用户角色、登录时间等等。
  3. 服务器向用户返回一个 session_id，写入用户的 Cookie。
  4. 用户随后的每一次请求，都会通过 Cookie，将 session_id 传回服务器。
  5. 服务器收到 session_id，找到前期保存的数据，由此得知用户的身份。

这种模式的问题在于扩展性不好。单机没有问题，如果是服务器集群、跨域的服务导向架构或者用户禁用了 cookie，就不行了。

二、解决方案

1. 单机和分布式应用下登录校验，session 共享

  • 单机和多节点 tomcat 应用登录检验

    ①、单机 tomcat 应用登录，sesssion 保存在浏览器和应用服务器会话之间，用户登录成功后，服务端会保证一个 session，也会给客户端一个 sessionId，客户端会把 sessionId 保存在 cookie 中，用户每次请求都会携带这个 sessionId。

    ②、多节点 tomcat 应用登录，开启 session 数据共享后，每台服务器都能够读取 session。缺点是每个 session 都是占用内存和资源的，每个服务器节点都需要同步用户的数据，即一个数据需要存储多份到每个服务器，当用户量到达百万、千万级别的时，占用资源就严重，用户体验特别不好！！

  • 分布式应用中 session 共享

    ①、真实的应用不可能单节点部署，所以就有个多节点登录 session 共享的问题需要解决。tomcat 支持 session 共享，但是有广播风暴；用户量大的时候，占用资源就严重，不推荐

    ②、Reids 集群，存储登陆的 token，向外提供服务接口，Redis 可设置过期时间（服务端使用 UUID 生成随机 64 位或者 128 位 token，放入 Redis 中，然后返回给客户端并存储）。

    ③、用户第一次登录成功时，需要先自行生成 token，然后将 token 返回到浏览器并存储在 cookie 中，并在 Redis 服务器上以 token 为 key，用户信息作为 value 保存。后续用户再操作，可以通过 HttpServletRequest 对象直接读取 cookie 中的 token，并在 Redis 中取得相对应的用户数据进行比较（用户每次访问都携带此 token，服务端去 Redis 中校验是否有此用户即可）。

    ④、缺点：必须部署 Redis，每次必须访问 Redis，IO 开销特别大。

2. 最终解决方案：使用 JWT 实现 Token 认证

  • JWT 的原理

    服务器认证以后，生成一个 JSON 对象发回给用户，以后用户与服务端通信的时候，都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据，服务器在生成这个对象的时候，会加上签名。也就是说服务器就不保存任何 session 数据了，即服务器变成无状态了，从而比较容易实现扩展。

    简单来说，就是通过一定规范来生成 token，然后可以通过解密算法逆向解密 token，这样就可以获取用户信息 </pre>

  • 优点和缺点

    优点：生产的 token 可以包含基本信息，比如 id、用户昵称、头像等信息，避免再次查库；存储在客户端，不占用服务端的内存资源

    缺点：token 是经过 base64 编码，所以可以解码，因此 token 加密前的对象不应该包含敏感信息（如用户权限，密码等）

  • JWT 格式组成：头部 + 负载 + 签名 (header + payload + signature)

    头部：主要是描述签名算法。

    负载：主要描述是加密对象的信息，如用户的 id 等，也可以加些规范里面的东西，如 iss 签发者，exp 过期时间，sub 面向的用户。

    签名：主要是把前面两部分进行加密，防止别人拿到 token 进行 base 解密后篡改 token。

3. 案例图设计

三、代码演示案例

  • pom.xml 文件引入依赖和实体类 
<!-- 依赖可以减少实体类 getter/setter 等方法书写 -->
<dependency>
   <groupId>org.projectlombok</groupId>
   <artifactId>lombok</artifactId>
   <optional>true</optional>
</dependency>
<!-- JWT 相关 -->
<dependency>
   <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
   <artifactId>jjwt</artifactId>
   <version>0.7.0</version>
</dependency>

=========================================================

@Getter
@Setter
@ToString
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class User implements Serializable {

    private Integer id;
    private String openid;
    private String name;
    private String headImg;
    private String phone;
    private String sign;
    private Integer sex;
    private String city;
    private Date createTime;

}
  • 生成 JWT 工具类 
public class JwtUtil {

    // 主题
    public static final String SUBJECT = "RookieLi";

    // 秘钥
    public static final String SECRETKEY = "Rookie666";

    // 过期时间
    public static final long EXPIRE = 1000 * 60 * 60 * 24 * 7;  // 过期时间，毫秒，一周

    // 生成 JWT
    public static String geneJsonWebToken(User user) {

        if (user == null ||
                user.getId() == null ||
                user.getName() == null ||
                user.getHeadImg() == null) {return null;}
        String token = Jwts.builder()
                .setSubject(SUBJECT)
                .claim("id", user.getId())
                .claim("name", user.getName())
                .claim("img", user.getHeadImg())
                .setIssuedAt(new Date())
                .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRE))
                .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, SECRETKEY).compact();

        return token;
    }


    // 校验 JWT
    public static Claims checkJWT(String token) {

        try {final Claims claims = Jwts.parser().setSigningKey(SECRETKEY).
                    parseClaimsJws(token).getBody();
            return claims;

        } catch (Exception e) {e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}
  • 测试 JWT 工具类 
public class JwtUtilTest {

    @Test
    public void testGeneJwt(){User user = new User();
        user.setId(999);
        user.setHeadImg("I'm busy");
        user.setName("Rookie");
        String token = JwtUtil.geneJsonWebToken(user);
        System.out.println(token);

    }


    @Test
    public void testCheck(){

        // 下面此 token 字符串是上面的结果生成的，每次不一样，不是写死的
        String token = "eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJzdWIiOiJSb29raWVMaSIsImlkIjo5OTksIm5hbWUiOiJSb29raWUiLCJpbWciOiJJJ20gYnVzeSIsImlhdCI6MTU2NzMxNjk4NywiZXhwIjoxNTY3OTIxNzg3fQ.FJh41VwVh2gh5-_cOG0SOgoO3dR_ZcK9VWNNskWqKl0";
        Claims claims = JwtUtil.checkJWT(token);
        if(claims != null){String name = (String)claims.get("name");
            String img = (String)claims.get("img");
            int id =(Integer) claims.get("id");
            System.out.println(name);
            System.out.println(img);
            System.out.println(id);
        }else{System.out.println("非法 token");
        }
    }
}

参考博客：
http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/07/json_web_token-tutorial.html
https://www.cnblogs.com/jpfss/p/10929458.html

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