深入Spring Security-获取认证机制核心原理讲解

文/朱季谦

本文基于Springboot+Vue+Spring Security框架而写的原创笔记，demo代码参考《Spring Boot+Spring Cloud+Vue+Element项目实战：手把手教你开发权限管理系统》一书。能力有限，存在不足还请指出，本文仅当做学习笔记。

在神秘的Web系统世界里，有一座名为Spring Security的山谷，它高耸入云，蔓延千里，鸟飞不过，兽攀不了。这座山谷只有一条逼仄的道路可通。然而，若要通过这条道路前往另一头的世界，就必须先拿到一块名为token的令牌，只有这样，道路上戍守关口的士兵才会放行。

想要获得这个token令牌，必须带着一把有用的userName钥匙和password密码，进入到山谷深处，找到藏匿宝箱的山洞（数据库），若能用钥匙打开其中一个宝箱，就证明这把userName钥匙是有用的。正常情况下，宝箱里会有一块记录各种信息的木牌，包含着钥匙名和密码，其密码只有与你所携带的密码检验一致时，才能继续往前走，得到的通行信息将会在下一个关口处做认证，进而在道路尽头处的JWT魔法屋里获得加密的token令牌。

慢着，既然山谷关口处有士兵戍守，令牌又在山谷当中，在还没有获得令牌的情况下，又怎么能进入呢？

设置关口的军官早已想到这种情况，因此，他特意设置了一条自行命名为“login”的道路，没有令牌的外来人员可从这条道路进入山谷，去寻找传说中的token令牌。这条道路仅仅只能进入到山谷，却无法通过山谷到达另一头的世界，因此，它更像是一条专门为了给外来人员获取token令牌而开辟出来的道路。

这一路上都会有各种关口被士兵把守检查，只有都一一通过了，才能继续往前走，路上会遇到一位名为ProviderManager的管理员，他管理着所有信息提供者Provider......

那么，在游戏开始之前，我们先了解下戍守山谷的军官是如何设置这道权限关口的......

关口的自定义设置主要有三部分：通过钥匙username获取到宝箱方法，宝箱里的UserDetails通行信息，关口通行过往检查SecurityConfig设置。

1.宝箱里的通行信息:

 /**
  * 安全用户模型
  *
  * @author zhujiqian
  * @date 2020/7/30 15:27
  */
 public class JwtUserDetails implements UserDetails {
     private static final long serialVersionUID = 1L;

     private String username;
     private String password;
     private String salt;
     private Collection<? extends GrantedAuthority> authorities;

     JwtUserDetails(String username, String password, String salt, Collection<? extends GrantedAuthority> authorities) {
         this.username = username;
         this.password = password;
         this.salt = salt;
         this.authorities = authorities;
     }

     @Override
     public String getUsername() {
         return username;
     }

     @JsonIgnore
     @Override
     public String getPassword() {
         return password;
     }

     public String getSalt() {
         return salt;
     }

     @Override
     public Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities() {
         return authorities;
     }

     @JsonIgnore
     @Override
     public boolean isAccountNonExpired() {
         return true;
     }

     @JsonIgnore
     @Override
     public boolean isAccountNonLocked() {
         return true;
     }

     @JsonIgnore
     @Override
     public boolean isCredentialsNonExpired() {
         return true;
     }

     @JsonIgnore
     @Override
     public boolean isEnabled() {
         return true;
     }

 }

这里JwtUserDetails实现Spring Security 里的UserDetails类，这个类是长这样的，各个字段做了注释：

 public interface UserDetails extends Serializable {
 	/**
 	*用户权限集，默认需要添加ROLE_前缀
 	*/
 	Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();

 	/**
 	*用户的加密密码，不加密会使用{noop}前缀
 	*/
 	String getPassword();

 	/**
 	*获取应用里唯一用户名
 	*/
 	String getUsername();

 	/**
 	*检查账户是否过期
 	*/
 	boolean isAccountNonExpired();

 	/**
 	*检查账户是否锁定
 	*/
 	boolean isAccountNonLocked();

 	/**
 	*检查凭证是否过期
 	*/
 	boolean isCredentialsNonExpired();

 	/**
 	*检查账户是否可用
 	*/
 	boolean isEnabled();
 }

说明：JwtUserDetails自定义实现了UserDetails类，增加username和password字段，除此之外，还可以扩展存储更多用户信息，例如，身份证，手机号，邮箱等等。其作用在于可构建成一个用户安全模型，用于装载从数据库查询出来的用户及权限信息。

2.通过钥匙username获取到宝箱方法:

 /**
  * 用户登录认证信息查询
  *
  * @author zhujiqian
  * @date 2020/7/30 15:30
  */
 @Service
 public class UserDetailsServiceImpl implements UserDetailsService {

     @Resource
     private SysUserService sysUserService;

     @Override
     public UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException {
         SysUser user = sysUserService.findByName(username);
         if (user == null) {
             throw new UsernameNotFoundException("该用户不存在");
         }

         Set<String> permissions = sysUserService.findPermissions(user.getName());
         List<GrantedAuthority> grantedAuthorities = permissions.stream().map(AuthorityImpl::new).collect(Collectors.toList());
         return new JwtUserDetails(user.getName(), user.getPassword(), user.getSalt(), grantedAuthorities);
     }
 }

这个UserDetailsServiceImpl类实现了Spring Security框架自带的UserDetailsService接口，它只有一个作用，即对用户登录认证信息的查询，而在它所实现的UserDetailsService接口里，只定义一个简单的loadUserByUsername方法：

 public interface UserDetailsService {
 	UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException;
 }

根据loadUserByUsername方法名便能看出，这是一个可根据username用户名获取到User对象信息的方法，并返回一个UserDetails，即前头的“宝箱里的通行信息”。

综合以上代码，先用开头提到的宝箱意象做一个总结，即拿着userName这把钥匙，通过loadUserByUsername这个方法方向指引，可进入山洞（数据库），去寻找能打开的宝箱（在数据库里select查询userName对应数据），若能打开其中一个宝箱（即数据库里存在userName对应的数据），则获取宝箱里的通行信息（实现UserDetails的JwtUserDetails对象信息）。

3.关口通行过往检查设置

自定义的SecurityConfig配置类是SpringBoot整合Spring Security的关键灵魂所在。该配置信息会在springboot启动时进行加载。其中，authenticationManager() 会创建一个可用于传token做认证的AuthenticationManager对象，而AuthenticationManagerBuilder中的auth.authenticationProvider()则会创建一个provider提供者，并将userDetailsService注入进去，该userDetailsService的子类我们自定义实现了loadUserByUsername()方法。再做认证的过程中，只需找到注入了userDetailsService的provider对象，即可执行loadUserByUsername去根据username获取数据库里信息。

 @Configuration
 @EnableWebSecurity
 @EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true)
 public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

     @Resource
     private UserDetailsService userDetailsService;

     @Override
     public void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) {
      auth.authenticationProvider(new JwtAuthenticationProvider(userDetailsService));
     }

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

     @Override
     protected void configure(HttpSecurity httpSecurity) throws Exception {
         //使用的是JWT，禁用csrf
         httpSecurity.cors().and().csrf().disable()
                 //设置请求必须进行权限认证
                 .authorizeRequests()
                 //跨域预检请求
                 .antMatchers(HttpMethod.OPTIONS, "/**").permitAll()
                 //permitAll()表示所有用户可认证
                 .antMatchers( "/webjars/**").permitAll()
                 //首页和登录页面
                 .antMatchers("/").permitAll()
                 .antMatchers("/login").permitAll()
                 // 验证码
                 .antMatchers("/captcha.jpg**").permitAll()
                 // 其他所有请求需要身份认证
                 .anyRequest().authenticated();
         //退出登录处理
         httpSecurity.logout().logoutSuccessHandler(new HttpStatusReturningLogoutSuccessHandler());
         //token验证过滤器
         httpSecurity.addFilterBefore(new JwtAuthenticationFilter(authenticationManager()), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);
     }
 }

此时，在一扇刻着“登录”二字的大门前，有一个小兵正在收拾他的包袱，准备跨过大门，踏上通往Spring Security山谷的道路。他背负着整个家族赋予的任务，需前往Security山谷，拿到token令牌，只有把它成功带回来，家族里的其他成员，才能有机会穿过这座山谷，前往另一头的神秘世界，获取到珍贵的资源。

这个小兵，便是我们这故事里的主角，我把他叫做线程，他将带着整个线程家族的希望，寻找可通往神秘系统世界的令牌。

线程把族长给予的钥匙和密码放进包袱，他回头看了一眼自己的家乡，然后挥了挥手，跨过“登录”这扇大门，勇敢地上路了。

线程来到戒备森严的security关口前，四周望了一眼，忽然发现关口旁立着一块显眼的石碑，上面刻着一些符号。他走上前一看，发现原来是当年军官设置的指令与对应的说明：

 @Override
     protected void configure(HttpSecurity httpSecurity) throws Exception {
         //使用的是JWT，禁用csrf
         httpSecurity.cors().and().csrf().disable()
                 //设置请求必须进行权限认证
                 .authorizeRequests()
                 //跨域预检请求
                 .antMatchers(HttpMethod.OPTIONS, "/**").permitAll()
                 //首页和登录页面
                 .antMatchers("/login").permitAll()
                 // 其他所有请求需要身份认证
                 .anyRequest().authenticated();
         //退出登录处理
         httpSecurity.logout().logoutSuccessHandler(new HttpStatusReturningLogoutSuccessHandler());
         //token验证过滤器
         httpSecurity.addFilterBefore(new JwtAuthenticationFilter(authenticationManager()), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);
     }

其中，permitAll()代表所有请求都可访问，当它设置成类似“.antMatchers("/login").permitAll()”的形式时，则代表该/login路径请求无需认证便可通过，，相反，代码anyRequest().authenticated()则意味着其他的所有请求都必须进行身份验证方能通过，否则，会被拒绝访问。

下面，将通过debug一步一步揭示，线程是如何认证的。

线程经过过滤器后，来到登录方法里，开始进行一系列的检查操作。

1.传入userName，password属性，封装成一个token对象。

进入到该对象里，可看到用户名会赋值给this.principal，密码赋值给this.credentials，其中setAuthenticated(false)意味着尚未进行认证。

注意一点是，UsernamePasswordAuthenticationToken继承了AbstractAuthenticationToken，而AbstractAuthenticationToken则实现Authentication，由传递关系可知，Authentication是UsernamePasswordAuthenticationToken的基类，故而UsernamePasswordAuthenticationToken是可以转换为Authentication，理解这一点，就能明白，为何接下来authenticationManager.authenticate(token)方法传进去的是UsernamePasswordAuthenticationToken，但在源码里，方法参数则为Authentication。

2.将username，password封装成token对象后，将通过Authentication authentication=authenticationManager.authenticate(token)方法进行认证，里面会执行一系列认证操作，需要看懂源码，才能知道这行代码背后藏着的密码，然，有一点是可以从表面上看懂的，即，若认证通过，将会返回认证成功的信息。

3.进入到这个AuthenticationManager里，发现该接口里只有一个方法：

 Authentication authenticate(Authentication authentication)
 			throws AuthenticationException;

由此可知，它的具体实现，是通过实现类来操作的，它的主要实现类是ProviderManager。

正如前文提到的，ProviderManager是一个提供者的管理者，它底下管理了所有的信息提供者，首先我们得找到提供者的管理者ProviderManager，再去寻找能够匹配到的提供者，通过提供者，便可以获取到数据库里的信息，与登陆时所传入的信息做比较，若能比较成功，则证明登陆信息是对的。

4.ProviderManager类实现AuthenticationManager接口，故而重写了authenticate方法。

debug进去后

继续往下执行，通过getProviders() 获取到内部维护在List中的AuthenticationProvider遍历进行验证，若该提供者能支持传入的token进行验证，则继续往下执行。

其中，DaoAuthenticationProvider可执行本次验证。

DaoAuthenticationProvider是一个具体实现类，它继承AbstractUserDetailsAuthenticationProvider抽象类。

而AbstractUserDetailsAuthenticationProvider实现了AuthenticationProvider接口。

5.ProviderManager执行到result = provider.authenticate(authentication)时，其中provider是由AuthenticationProvider定义的，但AuthenticationProvider是一个接口，需由其子类具体实现。根据上面分析，可知，AbstractUserDetailsAuthenticationProvider会具体实现provider.authenticate(authentication)方法。debug进入到其authenticate方法当中：

5.1.第一步，先通过this.userCache.getUserFromCache(username)获取缓存里的信息（该类缓存一般是在xml文件里事先定义好，执行到这里再去获取，这种方法比较死板，很少用到吧。）

5.2 若缓存里没有UserDetails信息，将会继续往下执行，执行到retrieveUser方法，该方法的作用是，通过登录时传入的userName去数据库里做查询，若查询成功，便将数据库的User信息包装成UserDetails对象返回。注意一点是，一般新手接触到security框架，都会有一个疑问，即我登录时传入了username，是如何去获取到数据库里的用户信息的，其实，关键就是在这个方法里。

5.3 点击跳转到该方法，发现这是一个抽象方法，故而其具体实现将在子类中进行。

5.4 点击进入到其子类实现的方法当中，发现会进入前面提到AbstractUserDetailsAuthenticationProvider的子类DaoAuthenticationProvider，它也是一个AuthenticationProvider，即所谓的信息提供者。在DaoAuthenticationProvider类里，实现了父类的retrieveUser方法中，其中，有一个关键的方法loadUserByUserName()。

点进loadUserByUsername()方法里，会进入到UserDetailsService接口里，该接口只有loadUserByUsername一个方法，该方法具体在子类里实现。

这个接口被我们自定义重写了，即：

在DaoAuthenticationProvider类中，调用loadUserByUserName()方法时，最终会执行我们重写的loadUserByUsername()方法，该方法将会去数据库里查询username的信息，返回SysUser对象，最后SysUser对象转换成UserDetails，返回给DaoAuthenticationProvider对象里的UserDetails，跳转如下图：

5.5 DaoAuthenticationProvider的retirieveUser执行完后，会将数据库查询到的UserDetails返回给上一层，即AbstractUserDetailsAuthenticationProvider执行的retrieveUser()方法，得到的UserDetails赋值给user。

6.接下来就是各种检查，其中，有一个检查方法需要特别关注，即

注：additionalAuthenticationChecks()方法的作用是检查密码是否一致的，前面已根据username去数据库里查询出user数据，接下来就需要在该方法检查数据库里user的密码与登录时传入的密码是否一致了。

6.1 点击additionalAuthenticationChecks()跳转到方法里，发现AbstractUserDetailsAuthenticationProvider当中的additionalAuthenticationChecks是一个抽象方法，没有具体实现，它与前面的retrieveUser()方法一样，具体实现都在AbstractUserDetailsAuthenticationProvider的子类DaoAuthenticationProvider中具体实现。

6.2.跳转进入子类实现的方法，方法当中，先通过authentication.getCredentials().toString()从token对象中获取登录时输入的密码，再通过passwordEncoder.matches(presentedPassword, userDetails.getPassword())进行比较，即拿登录的密码与数据库里取出的密码做对比，执行到这一步，若两个密码一致时，即登录的username和password能与数据库里某个username和密码匹配，则可登录成功。

7.用户名与密码都验证通过后，则可继续执行下一步操作，中间还有几个检查方法读者若感兴趣，可自行研究。最后会把user赋值给一个principalToReturn对象，然后连同authentication还有user，一块传入到createSuccessAuthentication方法当中。

8.在createSuccessAuthentication方法里，会创建一个已经认证通过的token。

点进该token对象当中，可以看到，这次的setAuthenticated设置成了true，即意味着已经认证通过。

最后，将生成一个新的token，并以Authentication对象形式返回到最开始的地方。

执行到这一步，就可以把认证通过的信息进行存储了，到这里，就完成了核心的认证部分。