入门 - SpringBoot 2.x 使用 JWT

JSON Web Token（缩写 JWT）是目前最流行的跨域认证解决方案，本文介绍它的原理和用法

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

场景一：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！！

场景二：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

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。

入门代码案例：

第一：导入依赖

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.3.3.RELEASE</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>com.bilibili</groupId>
    <artifactId>token</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>token</name>
    <description>Demo project for Spring Boot</description>

    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
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                <exclusion>
                    <groupId>org.junit.vintage</groupId>
                    <artifactId>junit-vintage-engine</artifactId>
                </exclusion>
            </exclusions>
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        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <optional>true</optional>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
            <artifactId>jjwt</artifactId>
            <version>0.7.0</version>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
        </dependency>
    </dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

</project>

第二步：写一个实体类

package com.bilibili.pojo;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Getter;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.Setter;
import lombok.ToString;

import java.io.Serializable;
import java.util.Date;

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;

    public User() {
    }

    public User(Integer id, String openid, String name, String headImg, String phone, String sign, Integer sex, String city, Date createTime) {
        this.id = id;
        this.openid = openid;
        this.name = name;
        this.headImg = headImg;
        this.phone = phone;
        this.sign = sign;
        this.sex = sex;
        this.city = city;
        this.createTime = createTime;
    }

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    public String getOpenid() {
        return openid;
    }

    public void setOpenid(String openid) {
        this.openid = openid;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getHeadImg() {
        return headImg;
    }

    public void setHeadImg(String headImg) {
        this.headImg = headImg;
    }

    public String getPhone() {
        return phone;
    }

    public void setPhone(String phone) {
        this.phone = phone;
    }

    public String getSign() {
        return sign;
    }

    public void setSign(String sign) {
        this.sign = sign;
    }

    public Integer getSex() {
        return sex;
    }

    public void setSex(Integer sex) {
        this.sex = sex;
    }

    public String getCity() {
        return city;
    }

    public void setCity(String city) {
        this.city = city;
    }

    public Date getCreateTime() {
        return createTime;
    }

    public void setCreateTime(Date createTime) {
        this.createTime = createTime;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "id=" + id +
                ", openid='" + openid + '\'' +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", headImg='" + headImg + '\'' +
                ", phone='" + phone + '\'' +
                ", sign='" + sign + '\'' +
                ", sex=" + sex +
                ", city='" + city + '\'' +
                ", createTime=" + createTime +
                '}';
    }
}

第三步：写一个JwtUtils工具类

package com.bilibili.utils;

import com.bilibili.pojo.User;
import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;

import java.util.Date;

public class JwtUtils {
    public static final String SUBJECT = "RookieLi";
    public static final String SECRETKEY = "Rookie666"; // 密钥
    public static final long EXPIRE = 1000 * 60 * 60 * 24 * 7;  //过期时间，毫秒，一周

    public static String getJsonWebToken(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;
    }

    public static Claims chekcJwt(String token) {
        try {
            final Claims claims = Jwts.parser().setSigningKey(SECRETKEY).parseClaimsJws(token).getBody();
            return claims;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}

第四步：测试一下

package com.bilibili.token;

import com.bilibili.pojo.User;
import com.bilibili.utils.JwtUtils;
import io.jsonwebtoken.Claims;
import org.junit.Test;

public class JwtUtilTest {
    @Test
    public void testGeneJwt() {
        User user = new User();
        user.setId(999);
        user.setHeadImg("I'm busy");
        user.setName("Rookie");
        String token = JwtUtils.getJsonWebToken(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.eyJzdWIiOiJSb29raWVMaSIsImlkIjo5OTksIm5hbWUiOiJSb29raWUiLCJpbWciOiJJJ20gYnVzeSIsImlhdCI6MTU5OTcyMzg1NiwiZXhwIjoxNjAwMzI4NjU2fQ.b83hvcgTClyGBnRipUMrvkZUgHPCe_jVfowMbMA__rk";
        Claims claims = JwtUtils.chekcJwt(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");
        }
    }
}

此例子非常适合入门Token学习，希望能够先了解token的相关概念，然后上手写一下上面的例子。这样会对token有更进一步认识