Shiro 登录认证源码详解
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<p>Apache Shiro 是一个强大且灵活的 Java 开源安全框架，拥有登录认证、授权管理、企业级会话管理和加密等功能，相比 Spring Security 来说要更加的简单。</p>
本文主要介绍 Shiro 的登录认证（Authentication）功能，主要从 Shiro 设计的角度去看这个登录认证的过程。
一、Shiro 总览
首先，我们思考整个认证过程的业务逻辑：
- 获取用户输入的用户名，密码；
- 从服务器数据源中获取相应的用户名和密码；
- 判断密码是否匹配，决定是否登录成功。
我们现在来看看 Shiro 是如何设计这个过程的：
图中包含三个重要的 Shiro 概念：Subject、SecurityManager、Realm。接下来，分别介绍这三者有何用：
- Subject：表示“用户”，表示当前执行的用户。
Subject实例全部都绑定到了一个SecurityManager上，当和Subject交互时，它是委托给SecurityManager去执行的。 - SecurityManager：Shiro 结构的心脏，协调它内部的安全组件（如登录，授权，数据源等）。当整个应用配置好了以后，大多数时候都是直接和
Subject的 API 打交道。 - Realm：数据源，也就是抽象意义上的 DAO 层。它负责和安全数据交互（比如存储在数据库的账号、密码，权限等信息），包括获取和验证。Shiro 支持多个 Realm，但是至少也要有一个。Shiro 自带了很多开箱即用的 Reams，比如支持 LDAP、关系数据库（JDBC）、INI 和 properties 文件等。但是很多时候我们都需要实现自己的 Ream 去完成获取数据和判断的功能。
登录验证的过程就是：Subject 执行 login 方法，传入登录的「用户名」和「密码」，然后 SecurityManager 将这个 login 操作委托给内部的登录模块，登录模块就调用 Realm 去获取安全的「用户名」和「密码」，然后对比，一致则登录，不一致则登录失败。
Shiro 详细结构：
二、Shiro 登录示例
代码来自 Shiro 官网教程。Shiro 配置 INI 文件:
# ----------------------------------------------------------------------------
# Users and their (optional) assigned roles
# username = password, role1, role2, ..., roleN
# ----------------------------------------------------------------------------
[users]
wang=123测试 main 方法：
public static void main(String[] args) {
log.info("My First Apache Shiro Application");
//1.从 Ini 配置文件中获取 SecurityManager 工厂
Factory<SecurityManager> factory = new IniSecurityManagerFactory("classpath:shiro.ini");
//2.获取 SecurityManager 实例
SecurityManager securityManager = factory.getInstance();
//3.将 SecurityManager 实例绑定给 SecurityUtils
SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);
//4.获取当前登录用户
Subject currentUser = SecurityUtils.getSubject();
//5.判断是否登录，如果未登录，则登录
if (!currentUser.isAuthenticated()) {
//6.创建用户名/密码验证Token（Web 应用中即为前台获取的用户名/密码）
UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("wang", "123");
try {
//7.执行登录，如果登录未成功，则捕获相应的异常
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?
}
}
}三、登录逻辑详解
Shiro 登录过程主要涉及到 Subject.login 方法，接下来我们将通过查看源码来分析整个登录过程。
- 创建
AuthenticationToken接口的实例 token，比如例子中的UsernamePasswordToken，包含了登录的用户名和密码； - 获取当前用户
Subject，然后调用Subject.login(AuthenticationToken)方法； Subject将login代理给SecurityManager的login()
3.1 创建AuthenticationToken
第一步是创建 AuthenticationToken 接口的身份 token，比如例子中的 UsernamePasswordToken。
package org.apache.shiro.authc;
public interface AuthenticationToken extends Serializable {
// 获取“用户名”
Object getPrincipal();
// 获取“密码”
Object getCredentials();
}3.2 获取当前用户并执行登录
获取的 Subject 当前用户是我们平时打交道最多的接口，有很多方法，但是这里我们只分析 login 方法。
package org.apache.shiro.subject;
public interface Subject {
void login(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException;
}login 方法接受一个 AuthenticationToken 参数，如果登录失败则抛出 AuthenticationException 异常，可通过判断异常类型来知悉具体的错误类型。
接下来，分析 Subject 接口的实现类 DelegatingSubject 是如何实现 login 方法的：
public void login(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
clearRunAsIdentitiesInternal();
// 代理给SecurityManager
Subject subject = securityManager.login(this, token);
...
}3.3 SecurityManager 接口
前面说过，整个 Shiro 安全框架的心脏就是 SecurityManager，我们看这个接口都有哪些方法：
package org.apache.shiro.mgt;
public interface SecurityManager extends Authenticator, Authorizer, SessionManager {
Subject login(Subject subject, AuthenticationToken authenticationToken) throws AuthenticationException;
void logout(Subject subject);
Subject createSubject(SubjectContext context);
}SecurityManager 包含很多内置的模块来完成功能，比如登录（Authenticator），权限验证（Authorizer）等。这里我们看到 SecurityManager 接口继承了 Authenticator 登录认证的接口：
package org.apache.shiro.authc;
public interface Authenticator {
public AuthenticationInfo authenticate(AuthenticationToken authenticationToken)
throws AuthenticationException;
}那么，SecurityManager 的实现都是怎样来实现 Authenticator 接口的呢？答案是：使用了组合。SecurityManager其中的一个实现类AuthenticatingSecurityManager中拥有一个 Authenticator 的属性，这样调用 authenticate 的时候，是委托给内部的 Authenticator 属性去执行的。
3.4 SecurityManager.login 的实现
// DefaultSecurityManager.java
public Subject login(Subject subject, AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
AuthenticationInfo info;
try {
info = authenticate(token);
} catch (AuthenticationException ae) {
try {
onFailedLogin(token, ae, subject);
} catch (Exception e) {
if (log.isInfoEnabled()) {
log.info("onFailedLogin method threw an " +
"exception. Logging and propagating original AuthenticationException.", e);
}
}
throw ae; //propagate
}
Subject loggedIn = createSubject(token, info, subject);
onSuccessfulLogin(token, info, loggedIn);
return loggedIn;
}
// AuthenticatingSecurityManager.java
/**
* Delegates to the wrapped {@link org.apache.shiro.authc.Authenticator Authenticator} for authentication.
*/
public AuthenticationInfo authenticate(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
return this.authenticator.authenticate(token);
}- 调用AuthenticatingSecurityManager接口的
authenticate方法执行登录； - 在
authenticate方法中代理给Authenticator接口类型的属性去真正执行实现类中的authenticate(token)方法。
3.5 Authenticator 登录模块
Authenticator 接口如下：
package org.apache.shiro.authc;
public interface Authenticator {
public AuthenticationInfo authenticate(AuthenticationToken authenticationToken)
throws AuthenticationException;
}其实现类有 AbstractAuthenticator 和 ModularRealmAuthenticator：
下面来看看如何实现的 authenticate 方法：
// AbstractAuthenticator.java
public final AuthenticationInfo authenticate(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
AuthenticationInfo info;
try {
// 调用doAuthenticate方法
info = doAuthenticate(token);
if (info == null) {
...
}
} catch (Throwable t) {
...
}
...
}
// ModularRealmAuthenticator.java
protected AuthenticationInfo doAuthenticate(AuthenticationToken authenticationToken) throws AuthenticationException {
assertRealmsConfigured();
Collection<Realm> realms = getRealms();
if (realms.size() == 1) {
// Realm唯一时
return doSingleRealmAuthentication(realms.iterator().next(), authenticationToken);
} else {
return doMultiRealmAuthentication(realms, authenticationToken);
}
}
protected AuthenticationInfo doSingleRealmAuthentication(Realm realm, AuthenticationToken token) {
if (!realm.supports(token)) {
...
}
// 调用Realm的getAuthenticationInfo方法获取AuthenticationInfo信息
AuthenticationInfo info = realm.getAuthenticationInfo(token);
if (info == null) {
...
}
return info;
}从源码中可以看出，最后会调用 Realm 的 getAuthenticationInfo(AuthenticationToken) 方法。
3.6 Realm 接口
Realm 相当于数据源，功能是通过 AuthenticationToken 获取数据源中的安全数据，这个过程中可以抛出异常，告诉 shiro 登录失败。
package org.apache.shiro.realm;
public interface Realm {
// 获取 shiro 唯一的 realm 名称
String getName();
// 是否支持给定的 AuthenticationToken 类型
boolean supports(AuthenticationToken token);
// 获取 AuthenticationInfo
AuthenticationInfo getAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException;
}Shiro 自带了很多开箱即用的 Realm 实现，具体的类图如下：
3.7 总结
到此，我们把整个 Shiro 的登录认证流程分析了一遍。
- 创建
AuthenticationToken，然后调用Subject.login方法进行登录认证； Subject委托给SecurityManager；SecurityManager委托给Authenticator接口；Authenticator接口调用Realm获取登录信息。
整个过程中，如果登录失败，就抛出异常，是使用异常来进行逻辑控制的。
四、登录密码的存储
- 页面使用 Https 协议；
- 页面传送密码时要先加密后再传输，最好是不可逆的加密算法（MD5，SHA2）；
- 后端存储时要结合盐（随机数）一起加密存储；
- 使用不可逆的加密算法，而且可以加密多次；
- 把加密后的密码和盐一起存储到数据库；
五、学习 Shiro 源码感悟
- 从整体去思考框架的实现，带着业务逻辑去看实现逻辑；
- 不要抠细节，要看抽象，学习其实现方法；
- 首先看官方文档，官方文档一般会从整体设计方面去说明，遇到具体的接口再去看Javadoc文档；
- 结合类图等工具方便理解；