极简入门，Shiro的认证与授权流程解析

#### 小Hub领读：
接下来的几天，我们开讲Shiro，从入门到分析、集成、单点登录整合等几篇。今天我们先来认识一下Shiro吧~

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其实Shiro框架并不难，我梳理了一下，你只需要学会以下内容基本就足够了：

* 登陆、授权流程
* shiro过滤器链
* 整合Springboot、redis做共享会话
* 结合xxl-sso实现单点登录

接下来我会分为几篇文章分别去介绍，这篇我们先来了解一下shiro的一些基础知识，以及登录授权逻辑。

### Shiro简介

在Web系统中我们经常要涉及到权限问题，例如不同角色的人登录系统，他操作的功能、按钮、菜单是各不相同的，这就是所谓的权限。

而构建一个互联网应用，权限校验管理是很重要的安全措施，这其中主要包含：

* 用户认证 - 用户身份识别，即登录
* 用户授权 - 访问控制
* 密码加密 - 加密敏感数据防止被偷窥
* 会话管理 - 与用户相关的时间敏感的状态信息

Shiro对以上功能都进行了很好的支持，它可以非常容易的开发出足够好的应用。Shiro可以帮助我们完成：认证、授权、加密、会话管理、与Web集成、缓存等。而且Shiro的API也是非常简单。

官方源码：[https://github.com/apache/shiro](https://github.com/apache/shiro)

### 整体结构与重要组件

![图片](//image-1300566513.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/upload/images/20200505/ec6badf94ec34b14bd260d2d6626cc34.png)

从上图可以看出，Security Manager是Shiro的核心管理器，认证授权会话缓存等都是在其内部完成，然后会委托给具体的组件来处理，比如认证过程委托给Authenticator，授权委托给Authorizer组件。所以，整理还是比较清晰，源代码也容易追踪。

我们来具体聊聊所有的组件：

**Subject：** 主体，可以看到主体可以是任何可以与应用交互的“用户”；

**SecurityManager：** Shiro的心脏；所有具体的交互都通过SecurityManager进行控制；负责所有Subject、且负责进行认证和授权、及会话、缓存的管理。

* Authenticator：认证器，判断用户是否正常登陆
* Authorizer：授权器，判断用户是否有权限操作资源

**Realm：** 可以有1个或多个Realm，主要提供认证和授权的数据；

**Session：** Shiro提供一个权限的企业级Session解决方案，session的生命周期都在SessionManager中进行管理。

**SessionManager：** shiro的会话管理器；

**SessionDAO：** 用于会话的CRUD，比如存储到ehcache或者redis中的会话增删改查；

**CacheManager：** 缓存控制器，来管理如用户、角色、权限等的缓存的；因为这些数据基本上很少去改变，放到缓存中后可以提高访问的性能

**Cryptography：** 密码模块，Shiro提高了一些常见的加密组件用于如密码加密/解密的。

### 官方简单示例

官网例子：[http://shiro.apache.org/tutorial.html](http://shiro.apache.org/tutorial.html)

刚入门Shiro的同学，真的需要去看看这个官方例子，你可以更加深入了解Shiro的权限校验流程。我还是贴一下代码吧，一些同学比较懒：
* shiro.ini
```
# -----------------------------------------------------------------------------
# Users and their (optional) assigned roles
# username = password, role1, role2, ..., roleN
# -----------------------------------------------------------------------------
[users]
root = secret, admin
guest = guest, guest
presidentskroob = 12345, president
darkhelmet = ludicrousspeed, darklord, schwartz
lonestarr = vespa, goodguy, schwartz

# -----------------------------------------------------------------------------
# Roles with assigned permissions
# roleName = perm1, perm2, ..., permN
# -----------------------------------------------------------------------------
[roles]
admin = *
schwartz = lightsaber:*
goodguy = winnebago:drive:eagle5
```
上面代码中，`root = secret, admin`表示，用户名root，密码secret，角色是admin；`schwartz = lightsaber:*`表示角色schwartz拥有权限lightsaber:*。你其实可以把这个文件看成一个Realm，其实就是shiro默认的IniRealm。

* 测试类Tutorial 
```
public class Tutorial {

private static final transient Logger log = LoggerFactory.getLogger(Tutorial.class);

public static void main(String[] args) {
        log.info("My First Apache Shiro Application");

Factory<SecurityManager> factory = new IniSecurityManagerFactory("classpath:shiro.ini");
        SecurityManager securityManager = factory.getInstance();
        SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);

// get the currently executing user:
        Subject currentUser = SecurityUtils.getSubject();

// Do some stuff with a Session (no need for a web or EJB container!!!)
        Session session = currentUser.getSession();
        session.setAttribute("someKey", "aValue");
        String value = (String) session.getAttribute("someKey");
        if (value.equals("aValue")) {
            log.info("Retrieved the correct value! [" + value + "]");
        }

// let's login the current user so we can check against roles and permissions:
        if (!currentUser.isAuthenticated()) {
            UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("lonestarr", "vespa");
            token.setRememberMe(true);
            try {
                currentUser.login(token);
            } catch (UnknownAccountException uae) {
                log.info("There is no user with username of " + token.getPrincipal());
            } catch (IncorrectCredentialsException ice) {
                log.info("Password for account " + token.getPrincipal() + " was incorrect!");
            } catch (LockedAccountException lae) {
                log.info("The account for username " + token.getPrincipal() + " is locked.  " +
                        "Please contact your administrator to unlock it.");
            }
            // ... catch more exceptions here (maybe custom ones specific to your application?
            catch (AuthenticationException ae) {
                //unexpected condition?  error?
            }
        }

//say who they are:
        //print their identifying principal (in this case, a username):
        log.info("User [" + currentUser.getPrincipal() + "] logged in successfully.");

//test a role:
        if (currentUser.hasRole("schwartz")) {
            log.info("May the Schwartz be with you!");
        } else {
            log.info("Hello, mere mortal.");
        }

//test a typed permission (not instance-level)
        if (currentUser.isPermitted("lightsaber:wield")) {
            log.info("You may use a lightsaber ring.  Use it wisely.");
        } else {
            log.info("Sorry, lightsaber rings are for schwartz masters only.");
        }

//a (very powerful) Instance Level permission:
        if (currentUser.isPermitted("winnebago:drive:eagle5")) {
            log.info("You are permitted to 'drive' the winnebago with license plate (id) 'eagle5'.  " +
                    "Here are the keys - have fun!");
        } else {
            log.info("Sorry, you aren't allowed to drive the 'eagle5' winnebago!");
        }

//all done - log out!
        currentUser.logout();

System.exit(0);
    }
}
```

从上面的实例中，我们可以总结一下常用的API：

#### 常用API

```
#获取当前用户
Subject currentUser = SecurityUtils.getSubject(); 
#判断用户已经认证
currentUser.isAuthenticated() 
#用户登录凭证
UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("lonestarr", "vespa"); 
#记住我
token.setRememberMe(true); 
#登陆校验
currentUser.login(token); 
#判断是否有角色权限
currentUser.hasRole("schwartz") 
#判断是否有资源操作权限
currentUser.isPermitted("lightsaber:wield") 
#登出
currentUser.logout();
```

其实稍微梳理一下，可以发现上面代码主要有两个步骤：
* 认证：
```
UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("lonestarr", "vespa");
currentUser.login(token);
currentUser.logout();
```
* 判断权限
```
currentUser.hasRole("schwartz")
currentUser.isPermitted("winnebago:drive:eagle5")
```

接下来，我们去探讨一下shiro的认证与授权流程，并从源码层去解析一下shiro各个组件之间的关系。

### 认证流程

![图片](//image-1300566513.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/upload/images/20200505/5c8538540a534bdabef4871cf2e69dbe.png)

上面图片中，根据序号，其实我们大概能猜出里shiro的认证流程：
1. Subject进行login操作，参数是封装了用户信息的token
2. Security Manager进行登录操作
3. Security Manager委托给Authenticator进行认证逻辑处理
4. 调用AuthenticationStrategy进行多Realm身份验证
5. 调用对应Realm进行登录校验，认证成功则返回用户属性，失败则抛出对应异常

我们从login方法开始debug一下流程，用简要方式追踪shiro源码的认证逻辑：

```
currentUser.login(token);
|
Subject subject = this.securityManager.login(this, token);
|
AuthenticationInfo info = this.authenticate(token);
|
this.authenticator.authenticate(token);
|
AuthenticationInfo info = this.doAuthenticate(token);
|
Collection<Realm> realms = this.getRealms();
doSingleRealmAuthentication(realm, token);
|
AuthenticationInfo info = realm.getAuthenticationInfo(token);
|
AuthenticationInfo info = realm.doGetAuthenticationInfo(token);
```
ok，一条线下来，从login到委托给authenticator，再最后调用realm的doGetAuthenticationInfo方法。

所以，从源码上来看，如果要实现shiro的认证逻辑，至少要准备一个Realm组件、和初始化securityManager组件。

#### 常见异常

* DisabledAccountException（禁用的帐号）
* LockedAccountException（锁定的帐号）
* UnknownAccountException（错误的帐号）
* ExcessiveAttemptsException（登录失败次数过多）
* IncorrectCredentialsException （错误的凭证）
* ExpiredCredentialsException（过期的凭证）

### 授权流程

![图片](//image-1300566513.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/upload/images/20200505/e40433714ea0464aa14946ad5171b05c.png)

从上图中，我们可以知道授权流程如下：
* 调用Subject.isPermitted*/hasRole*接口
* 委托给SecurityManager
* 而SecurityManager接着会委托给Authorizer
* Authorizer会判断Realm的角色/权限是否和传入的匹配
* 匹配如isPermitted*/hasRole*会返回true，否则返回false表示授权失败

追踪一下源码如下：
```
currentUser.hasRole("schwartz")
|
this.securityManager.hasRole(this.getPrincipals(), roleIdentifier)
|
this.authorizer.hasRole(principals, roleIdentifier)
|
AuthorizationInfo info = this.getAuthorizationInfo(principal);
return info.getRoles().contains(roleIdentifier)
|
info = this.doGetAuthorizationInfo(principals);(realm)
```

所以shiro判断用户是否有权限首先会从realm中获取用户所拥有的权限角色信息，然后再匹配当前的角色或权限是否包含，从而判定用户是否有权限！

说到权限，很多人自然会想起权限系统，涉及到几个关键对象：
* 主体（Subject）
* 资源（Resource）
* 权限（Permission）
* 角色（Role）

通过这几个要素，可以设计出比较合理的权限系统。

#### Shiro常见3种授权判断方式：

* 编码实现
```
Subject subject = SecurityUtils.getSubject();  
if(subject.hasRole(“admin”)) {  
    //有权限  
} else {  
    //无权限  
}
```
* 注解实现
```
@RequiresRoles("admin")  
public void hello() {  
    //有权限  
}  
```
* JSP Taglig实现，freemarker等类似
```
<shiro:hasRole name="admin">  
<!— 有权限 —>  
</shiro:hasRole>  
```
jsp页面引入shiro标签
```
<%@ taglib prefix="shiro" uri="http://shiro.apache.org/tags"%>
```

### 在线会话管理

#### 获取当前会话总人数

```
@Autowired
private SessionDAO sessionDAO;
//获取会话数量
int size = sessionDAO.getActiveSessions().size()
```

#### 强制下线

```
//强制退出
Session session = sessionDAO.readSession(subject.getSession().getId());
sessionDAO.delete(session);
// logout，可作为强制退出
subject.logout();
Assert.isTrue(!subject.isAuthenticated());
```

### 结束语

ok，感觉是高度极简的一篇文章，主要把重要的组件和登录、授权几个流程搞清楚之后，其实shiro基本已经学会了，后面我们再学一下shiro的几个主要内置过滤器怎么使用，如何集成SpringBoot，基本就差不多了。

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极简入门，Shiro的认证与授权流程解析

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