spring security相关认证类详解

Posted 2023-03-31

参考技术A 首先进入到AuthenticationProvider源码中可以看到它只是个简单的接口里面也只有两个方法：

当我们没有指定相关AuthenticationProvider 对象时springSecurity默认使用的就时上图中的DaoAuthenticationProvider进行验证。也就是最常见的账户名密码的方式。但是实际开发中我们往往需要实现自定义认证流程比如最常见的短信验证码，第三方登录等等。这个时候我们就可以通过实现自己的 AuthenticationProvider方式来进行自定义认证。只需要在WebSecurityConfigurerAdapter适配器类的config方法中加入自己实现的AuthenticationProvider 即可。

说到AuthenticationProvider就离不开AuthenticationManager这个接口

同样的AuthenticationManager也是一个顶级接口，可以看到它其中也定义了一个跟AuthenticationProvider一摸一样的方法。如果说AuthenticationProvider 是对认证的具体实现，则AuthenticationManager则是对我们众多AuthenticationProvider的一个统一管理。Authentication Ma nager的实现有很多，通常使用ProviderManager对认证请求链进行管理。

从源码中可以看到，ProviderManager提供了一个list对AuthenticationProvider进行统一管理，即一个认证处理器链来支持同一个应用中的多个不同身份认证机制，ProviderManager将会根据顺序来进行验证。

Spring Security核心类

核心类简介

Authentication

Authentication 是一个接口，用来表示用户认证信息的，在用户登录认证之前相关信息会封装为一个 Authentication 具体实现类的对象，在登录认证成功之后又会生成一个信息更全面，包含用户权限等信息的 Authentication 对象，然后把它保存在 SecurityContextHolder 所持有的 SecurityContext 中，供后续的程序进行调用，如访问权限的鉴定等。

SecurityContextHolder

SecurityContextHolder 是用来保存 SecurityContext 的。SecurityContext 中含有当前正在访问系统的用户的详细信息。默认情况下，SecurityContextHolder 将使用 ThreadLocal 来保存 SecurityContext，这也就意味着在处于同一线程中的方法中我们可以从 ThreadLocal 中获取到当前的 SecurityContext。因为线程池的原因，如果我们每次在请求完成后都将 ThreadLocal 进行清除的话，那么我们把 SecurityContext 存放在 ThreadLocal 中还是比较安全的。这些工作 Spring Security 已经自动为我们做了，即在每一次 request 结束后都将清除当前线程的 ThreadLocal。

SecurityContextHolder 中定义了一系列的静态方法，而这些静态方法内部逻辑基本上都是通过 SecurityContextHolder 持有的 SecurityContextHolderStrategy 来实现的，如 getContext()、setContext()、clearContext()等。而默认使用的 strategy 就是基于 ThreadLocal 的 ThreadLocalSecurityContextHolderStrategy。另外，Spring Security 还提供了两种类型的 strategy 实现，GlobalSecurityContextHolderStrategy 和 InheritableThreadLocalSecurityContextHolderStrategy，前者表示全局使用同一个 SecurityContext，如 C/S 结构的客户端；后者使用 InheritableThreadLocal 来存放 SecurityContext，即子线程可以使用父线程中存放的变量。

一般而言，我们使用默认的 strategy 就可以了，但是如果要改变默认的 strategy，Spring Security 为我们提供了两种方法，这两种方式都是通过改变 strategyName 来实现的。SecurityContextHolder 中为三种不同类型的 strategy 分别命名为 MODE_THREADLOCAL、MODE_INHERITABLETHREADLOCAL 和 MODE_GLOBAL。第一种方式是通过 SecurityContextHolder 的静态方法 setStrategyName() 来指定需要使用的 strategy；第二种方式是通过系统属性进行指定，其中属性名默认为 “spring.security.strategy”，属性值为对应 strategy 的名称。

Spring Security 使用一个 Authentication 对象来描述当前用户的相关信息。SecurityContextHolder 中持有的是当前用户的 SecurityContext，而 SecurityContext 持有的是代表当前用户相关信息的 Authentication 的引用。这个 Authentication 对象不需要我们自己去创建，在与系统交互的过程中，Spring Security 会自动为我们创建相应的 Authentication 对象，然后赋值给当前的 SecurityContext。但是往往我们需要在程序中获取当前用户的相关信息，比如最常见的是获取当前登录用户的用户名。在程序的任何地方，通过如下方式我们可以获取到当前用户的用户名。

   public String getCurrentUsername() {
      Object principal = SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication().getPrincipal();
      if (principal instanceof UserDetails) {
         return ((UserDetails) principal).getUsername();
      }
      if (principal instanceof Principal) {
         return ((Principal) principal).getName();
      }
      return String.valueOf(principal);
   }

 

通过 Authentication.getPrincipal() 可以获取到代表当前用户的信息，这个对象通常是 UserDetails 的实例。获取当前用户的用户名是一种比较常见的需求，关于上述代码其实 Spring Security 在 Authentication 中的实现类中已经为我们做了相关实现，所以获取当前用户的用户名最简单的方式应当如下。

 public String getCurrentUsername() {
      return SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication().getName();
   }

 

此外，调用 SecurityContextHolder.getContext() 获取 SecurityContext 时，如果对应的 SecurityContext 不存在，则 Spring Security 将为我们建立一个空的 SecurityContext 并进行返回。

AuthenticationManager 和 AuthenticationProvider

AuthenticationManager 是一个用来处理认证（Authentication）请求的接口。在其中只定义了一个方法 authenticate()，该方法只接收一个代表认证请求的 Authentication 对象作为参数，如果认证成功，则会返回一个封装了当前用户权限等信息的 Authentication 对象进行返回。

Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException;

 

在 Spring Security 中，AuthenticationManager 的默认实现是 ProviderManager，而且它不直接自己处理认证请求，而是委托给其所配置的 AuthenticationProvider 列表，然后会依次使用每一个 AuthenticationProvider 进行认证，如果有一个 AuthenticationProvider 认证后的结果不为 null，则表示该 AuthenticationProvider 已经认证成功，之后的 AuthenticationProvider 将不再继续认证。然后直接以该 AuthenticationProvider 的认证结果作为 ProviderManager 的认证结果。如果所有的 AuthenticationProvider 的认证结果都为 null，则表示认证失败，将抛出一个 ProviderNotFoundException。校验认证请求最常用的方法是根据请求的用户名加载对应的 UserDetails，然后比对 UserDetails 的密码与认证请求的密码是否一致，一致则表示认证通过。Spring Security 内部的 DaoAuthenticationProvider 就是使用的这种方式。其内部使用 UserDetailsService 来负责加载 UserDetails，UserDetailsService 将在下节讲解。在认证成功以后会使用加载的 UserDetails 来封装要返回的 Authentication 对象，加载的 UserDetails 对象是包含用户权限等信息的。认证成功返回的 Authentication 对象将会保存在当前的 SecurityContext 中。

当我们在使用 NameSpace 时， authentication-manager 元素的使用会使 Spring Security 在内部创建一个 ProviderManager，然后可以通过 authentication-provider 元素往其中添加 AuthenticationProvider。当定义 authentication-provider 元素时，如果没有通过 ref 属性指定关联哪个 AuthenticationProvider，Spring Security 默认就会使用 DaoAuthenticationProvider。使用了 NameSpace 后我们就不要再声明 ProviderManager 了。

<security:authentication-manager alias="authenticationManager">
      <security:authentication-provider
         user-service-ref="userDetailsService"/>
   </security:authentication-manager>

 

如果我们没有使用 NameSpace，那么我们就应该在 ApplicationContext 中声明一个 ProviderManager。

认证成功后清除凭证

默认情况下，在认证成功后 ProviderManager 将清除返回的 Authentication 中的凭证信息，如密码。所以如果你在无状态的应用中将返回的 Authentication 信息缓存起来了，那么以后你再利用缓存的信息去认证将会失败，因为它已经不存在密码这样的凭证信息了。所以在使用缓存的时候你应该考虑到这个问题。一种解决办法是设置 ProviderManager 的 eraseCredentialsAfterAuthentication 属性为 false，或者想办法在缓存时将凭证信息一起缓存。

UserDetailsService

通过 Authentication.getPrincipal() 的返回类型是 Object，但很多情况下其返回的其实是一个 UserDetails 的实例。UserDetails 是 Spring Security 中一个核心的接口。其中定义了一些可以获取用户名、密码、权限等与认证相关的信息的方法。Spring Security 内部使用的 UserDetails 实现类大都是内置的 User 类，我们如果要使用 UserDetails 时也可以直接使用该类。在 Spring Security 内部很多地方需要使用用户信息的时候基本上都是使用的 UserDetails，比如在登录认证的时候。登录认证的时候 Spring Security 会通过 UserDetailsService 的 loadUserByUsername() 方法获取对应的 UserDetails 进行认证，认证通过后会将该 UserDetails 赋给认证通过的 Authentication 的 principal，然后再把该 Authentication 存入到 SecurityContext 中。之后如果需要使用用户信息的时候就是通过 SecurityContextHolder 获取存放在 SecurityContext 中的 Authentication 的 principal。

通常我们需要在应用中获取当前用户的其它信息，如 Email、电话等。这时存放在 Authentication 的 principal 中只包含有认证相关信息的 UserDetails 对象可能就不能满足我们的要求了。这时我们可以实现自己的 UserDetails，在该实现类中我们可以定义一些获取用户其它信息的方法，这样将来我们就可以直接从当前 SecurityContext 的 Authentication 的 principal 中获取这些信息了。上文已经提到了 UserDetails 是通过 UserDetailsService 的 loadUserByUsername() 方法进行加载的。UserDetailsService 也是一个接口，我们也需要实现自己的 UserDetailsService 来加载我们自定义的 UserDetails 信息。然后把它指定给 AuthenticationProvider 即可。如下是一个配置 UserDetailsService 的示例。

<!-- 用于认证的 AuthenticationManager -->
   <security:authentication-manager alias="authenticationManager">
      <security:authentication-provider
         user-service-ref="userDetailsService" />
   </security:authentication-manager>

   <bean id="userDetailsService"
      class="org.springframework.security.core.userdetails.jdbc.JdbcDaoImpl">
      <property name="dataSource" ref="dataSource" />
   </bean>

 

上述代码中我们使用的 JdbcDaoImpl 是 Spring Security 为我们提供的 UserDetailsService 的实现，另外 Spring Security 还为我们提供了 UserDetailsService 另外一个实现，InMemoryDaoImpl。

其作用是从数据库中加载 UserDetails 信息。其中已经定义好了加载相关信息的默认脚本，这些脚本也可以通过 JdbcDaoImpl 的相关属性进行指定。关于 JdbcDaoImpl 使用方式会在讲解 AuthenticationProvider 的时候做一个相对详细一点的介绍。

JdbcDaoImpl

JdbcDaoImpl 允许我们从数据库来加载 UserDetails，其底层使用的是 Spring 的 JdbcTemplate 进行操作，所以我们需要给其指定一个数据源。此外，我们需要通过 usersByUsernameQuery 属性指定通过 username 查询用户信息的 SQL 语句；通过 authoritiesByUsernameQuery 属性指定通过 username 查询用户所拥有的权限的 SQL 语句；如果我们通过设置 JdbcDaoImpl 的 enableGroups 为 true 启用了用户组权限的支持，则我们还需要通过 groupAuthoritiesByUsernameQuery 属性指定根据 username 查询用户组权限的 SQL 语句。当这些信息都没有指定时，将使用默认的 SQL 语句，默认的 SQL 语句如下所示。

select username, password, enabled from users where username=? -- 根据 username 查询用户信息
select username, authority from authorities where username=? -- 根据 username 查询用户权限信息
select g.id, g.group_name, ga.authority from groups g, groups_members gm, groups_authorities ga where gm.username=? and g.id=ga.group_id and g.id=gm.group_id -- 根据 username 查询用户组权限

 

使用默认的 SQL 语句进行查询时意味着我们对应的数据库中应该有对应的表和表结构，Spring Security 为我们提供的默认表的创建脚本如下。

create table users(
      username varchar_ignorecase(50) not null primary key,
      password varchar_ignorecase(50) not null,
      enabled boolean not null);

create table authorities (
      username varchar_ignorecase(50) not null,
      authority varchar_ignorecase(50) not null,
      constraint fk_authorities_users foreign key(username) references users(username));
      create unique index ix_auth_username on authorities (username,authority);

create table groups (
  id bigint generated by default as identity(start with 0) primary key,
  group_name varchar_ignorecase(50) notnull);

create table group_authorities (
  group_id bigint notnull,
  authority varchar(50) notnull,
  constraint fk_group_authorities_group foreign key(group_id) references groups(id));

create table group_members (
  id bigint generated by default as identity(start with 0) primary key,
  username varchar(50) notnull,
  group_id bigint notnull,
  constraint fk_group_members_group foreign key(group_id) references groups(id));

 

此外，使用 jdbc-user-service 元素时在底层 Spring Security 默认使用的就是 JdbcDaoImpl。

<security:authentication-manager alias="authenticationManager">
      <security:authentication-provider>
         <!-- 基于 Jdbc 的 UserDetailsService 实现，JdbcDaoImpl -->
         <security:jdbc-user-service data-source-ref="dataSource"/>
      </security:authentication-provider>
   </security:authentication-manager>

 

InMemoryDaoImpl

InMemoryDaoImpl 主要是测试用的，其只是简单的将用户信息保存在内存中。使用 NameSpace 时，使用 user-service 元素 Spring Security 底层使用的 UserDetailsService 就是 InMemoryDaoImpl。此时，我们可以简单的使用 user 元素来定义一个 UserDetails。

   <security:user-service>
      <security:user name="user" password="user" authorities="ROLE_USER"/>
   </security:user-service>

如上配置表示我们定义了一个用户 user，其对应的密码为 user，拥有 ROLE_USER 的权限。此外，user-service 还支持通过 properties 文件来指定用户信息，如：

<security:user-service properties="/WEB-INF/config/users.properties"/>

 

其中属性文件应遵循如下格式：

username=password,grantedAuthority[,grantedAuthority][,enabled|disabled]

所以，对应上面的配置文件，我们的 users.properties 文件的内容应该如下所示：

#username=password,grantedAuthority[,grantedAuthority][,enabled|disabled]
user=user,ROLE_USER

GrantedAuthority

Authentication 的 getAuthorities() 可以返回当前 Authentication 对象拥有的权限，即当前用户拥有的权限。其返回值是一个 GrantedAuthority 类型的数组，每一个 GrantedAuthority 对象代表赋予给当前用户的一种权限。GrantedAuthority 是一个接口，其通常是通过 UserDetailsService 进行加载，然后赋予给 UserDetails 的。

GrantedAuthority 中只定义了一个 getAuthority() 方法，该方法返回一个字符串，表示对应权限的字符串表示，如果对应权限不能用字符串表示，则应当返回 null。

Spring Security 针对 GrantedAuthority 有一个简单实现 SimpleGrantedAuthority。该类只是简单的接收一个表示权限的字符串。Spring Security 内部的所有 AuthenticationProvider 都是使用 SimpleGrantedAuthority 来封装 Authentication 对象。