SpringBoot 2.x 使用 JWT（JSON Web Token）

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
  

• 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