SpringBootWeb登录认证上中

2.2.2.2 方案二 - Session

前面介绍的时候，我们提到Session，它是服务器端会话跟踪技术，所以它是存储在服务器端的。而 Session 的底层其实就是基于我们刚才所介绍的 Cookie 来实现的。

• 获取Session
• 
• 如果我们现在要基于 Session 来进行会话跟踪，浏览器在第一次请求服务器的时候，我们就可以直接在服务器当中来获取到会话对象Session。如果是第一次请求Session ，会话对象是不存在的，这个时候服务器会自动的创建一个会话对象Session 。而每一个会话对象Session ，它都有一个ID（示意图中Session后面括号中的1，就表示ID），我们称之为 Session 的ID。

• 响应Cookie (JSESSIONID)
• 
• 接下来，服务器端在给浏览器响应数据的时候，它会将 Session 的 ID 通过 Cookie 响应给浏览器。其实在响应头当中增加了一个 Set-Cookie 响应头。这个 Set-Cookie 响应头对应的值是不是cookie？ cookie 的名字是固定的 JSESSIONID 代表的服务器端会话对象 Session 的 ID。浏览器会自动识别这个响应头，然后自动将Cookie存储在浏览器本地。
• 查找Session
• 
• 接下来，在后续的每一次请求当中，都会将 Cookie 的数据获取出来，并且携带到服务端。接下来服务器拿到JSESSIONID这个 Cookie 的值，也就是 Session 的ID。拿到 ID 之后，就会从众多的 Session 当中来找到当前请求对应的会话对象Session。
• 这样我们是不是就可以通过 Session 会话对象在同一次会话的多次请求之间来共享数据了？好，这就是基于 Session 进行会话跟踪的流程。

代码测试

@Slf4j
@RestController
public class SessionController {

@GetMapping("/s1")
public Result session1(HttpSession session){
log.info("HttpSession-s1: {}", session.hashCode());

session.setAttribute("loginUser", "tom"); //往session中存储数据
return Result.success();
}

@GetMapping("/s2")
public Result session2(HttpServletRequest request){
HttpSession session = request.getSession();
log.info("HttpSession-s2: {}", session.hashCode());

Object loginUser = session.getAttribute("loginUser"); //从session中获取数据
log.info("loginUser: {}", loginUser);
return Result.success(loginUser);
}
}

A. 访问 s1 接口，http://localhost:8080/s1

请求完成之后，在响应头中，就会看到有一个Set-Cookie的响应头，里面响应回来了一个Cookie，就是JSESSIONID，这个就是服务端会话对象 Session 的ID。

B. 访问 s2 接口，http://localhost:8080/s2

接下来，在后续的每次请求时，都会将Cookie的值，携带到服务端，那服务端呢，接收到Cookie之后，会自动的根据JSESSIONID的值，找到对应的会话对象Session。

那经过这两步测试，大家也会看到，在控制台中输出如下日志：

两次请求，获取到的Session会话对象的hashcode是一样的，就说明是同一个会话对象。而且，第一次请求时，往Session会话对象中存储的值，第二次请求时，也获取到了。 那这样，我们就可以通过Session会话对象，在同一个会话的多次请求之间来进行数据共享了。

优缺点

• 优点：Session是存储在服务端的，安全
• 缺点：
  • 服务器集群环境下无法直接使用Session
  • 移动端APP(Android、IOS)中无法使用Cookie
  • 用户可以自己禁用Cookie
  • Cookie不能跨域

PS：Session 底层是基于Cookie实现的会话跟踪，如果Cookie不可用，则该方案，也就失效了。

服务器集群环境为何无法使用Session？

• 首先第一点，我们现在所开发的项目，一般都不会只部署在一台服务器上，因为一台服务器会存在一个很大的问题，就是单点故障。所谓单点故障，指的就是一旦这台服务器挂了，整个应用都没法访问了。

• 所以在现在的企业项目开发当中，最终部署的时候都是以集群的形式来进行部署，也就是同一个项目它会部署多份。比如这个项目我们现在就部署了 3 份。
• 而用户在访问的时候，到底访问这三台其中的哪一台？其实用户在访问的时候，他会访问一台前置的服务器，我们叫负载均衡服务器，我们在后面项目当中会详细讲解。目前大家先有一个印象负载均衡服务器，它的作用就是将前端发起的请求均匀的分发给后面的这三台服务器。
• 
• 此时假如我们通过 session 来进行会话跟踪，可能就会存在这样一个问题。用户打开浏览器要进行登录操作，此时会发起登录请求。登录请求到达负载均衡服务器，将这个请求转给了第一台 Tomcat 服务器。
• Tomcat 服务器接收到请求之后，要获取到会话对象session。获取到会话对象 session 之后，要给浏览器响应数据，最终在给浏览器响应数据的时候，就会携带这么一个 cookie 的名字，就是 JSESSIONID ，下一次再请求的时候，是不是又会将 Cookie 携带到服务端？
• 好。此时假如又执行了一次查询操作，要查询部门的数据。这次请求到达负载均衡服务器之后，负载均衡服务器将这次请求转给了第二台 Tomcat 服务器，此时他就要到第二台 Tomcat 服务器当中。根据JSESSIONID 也就是对应的 session 的 ID 值，要找对应的 session 会话对象。
• 我想请问在第二台服务器当中有没有这个ID的会话对象 Session， 是没有的。此时是不是就出现问题了？我同一个浏览器发起了 2 次请求，结果获取到的不是同一个会话对象，这就是Session这种会话跟踪方案它的缺点，在服务器集群环境下无法直接使用Session。

大家会看到上面这两种传统的会话技术，在现在的企业开发当中是不是会存在很多的问题。 为了解决这些问题，在现在的企业开发当中，基本上都会采用第三种方案，通过令牌技术来进行会话跟踪。接下来我们就来介绍一下令牌技术，来看一下令牌技术又是如何跟踪会话的。

2.2.2.3 方案三 - 令牌技术

这里我们所提到的令牌，其实它就是一个用户身份的标识，看似很高大上，很神秘，其实本质就是一个字符串。

如果通过令牌技术来跟踪会话，我们就可以在浏览器发起请求。在请求登录接口的时候，如果登录成功，我就可以生成一个令牌，令牌就是用户的合法身份凭证。接下来我在响应数据的时候，我就可以直接将令牌响应给前端。

接下来我们在前端程序当中接收到令牌之后，就需要将这个令牌存储起来。这个存储可以存储在 cookie 当中，也可以存储在其他的存储空间(比如：localStorage)当中。

接下来，在后续的每一次请求当中，都需要将令牌携带到服务端。携带到服务端之后，接下来我们就需要来校验令牌的有效性。如果令牌是有效的，就说明用户已经执行了登录操作，如果令牌是无效的，就说明用户之前并未执行登录操作。

此时，如果是在同一次会话的多次请求之间，我们想共享数据，我们就可以将共享的数据存储在令牌当中就可以了。

优缺点

• 优点：
  • 支持PC端、移动端
  • 解决集群环境下的认证问题
  • 减轻服务器的存储压力（无需在服务器端存储）
• 缺点：需要自己实现（包括令牌的生成、令牌的传递、令牌的校验）

针对于这三种方案，现在企业开发当中使用的最多的就是第三种令牌技术进行会话跟踪。而前面的这两种传统的方案，现在企业项目开发当中已经很少使用了。所以在我们的课程当中，我们也将会采用令牌技术来解决案例项目当中的会话跟踪问题。

2.3 JWT令牌

前面我们介绍了基于令牌技术来实现会话追踪。这里所提到的令牌就是用户身份的标识，其本质就是一个字符串。令牌的形式有很多，我们使用的是功能强大的 JWT令牌。

2.3.1 介绍

JWT全称：JSON Web Token （官网：https://jwt.io/）

• 定义了一种简洁的、自包含的格式，用于在通信双方以json数据格式安全的传输信息。由于数字签名的存在，这些信息是可靠的。
• 简洁：是指jwt就是一个简单的字符串。可以在请求参数或者是请求头当中直接传递。
• 自包含：指的是jwt令牌，看似是一个随机的字符串，但是我们是可以根据自身的需求在jwt令牌中存储自定义的数据内容。如：可以直接在jwt令牌中存储用户的相关信息。
• 简单来讲，jwt就是将原始的json数据格式进行了安全的封装，这样就可以直接基于jwt在通信双方安全的进行信息传输了。

JWT的组成： （JWT令牌由三个部分组成，三个部分之间使用英文的点来分割）

• 第一部分：Header(头）， 记录令牌类型、签名算法等。 例如：{"alg":"HS256","type":"JWT"}
• 第二部分：Payload(有效载荷），携带一些自定义信息、默认信息等。 例如：{"id":"1","username":"Tom"}
• 第三部分：Signature(签名），防止Token被篡改、确保安全性。将header、payload，并加入指定秘钥，通过指定签名算法计算而来。
• 签名的目的就是为了防jwt令牌被篡改，而正是因为jwt令牌最后一个部分数字签名的存在，所以整个jwt 令牌是非常安全可靠的。一旦jwt令牌当中任何一个部分、任何一个字符被篡改了，整个令牌在校验的时候都会失败，所以它是非常安全可靠的。

JWT是如何将原始的JSON格式数据，转变为字符串的呢？

其实在生成JWT令牌时，会对JSON格式的数据进行一次编码：进行base64编码

Base64：是一种基于64个可打印的字符来表示二进制数据的编码方式。既然能编码，那也就意味着也能解码。所使用的64个字符分别是A到Z、a到z、 0- 9，一个加号，一个斜杠，加起来就是64个字符。任何数据经过base64编码之后，最终就会通过这64个字符来表示。当然还有一个符号，那就是等号。等号它是一个补位的符号

需要注意的是Base64是编码方式，而不是加密方式。

JWT令牌最典型的应用场景就是登录认证：

1. 在浏览器发起请求来执行登录操作，此时会访问登录的接口，如果登录成功之后，我们需要生成一个jwt令牌，将生成的 jwt令牌返回给前端。
2. 前端拿到jwt令牌之后，会将jwt令牌存储起来。在后续的每一次请求中都会将jwt令牌携带到服务端。
3. 服务端统一拦截请求之后，先来判断一下这次请求有没有把令牌带过来，如果没有带过来，直接拒绝访问，如果带过来了，还要校验一下令牌是否是有效。如果有效，就直接放行进行请求的处理。

在JWT登录认证的场景中我们发现，整个流程当中涉及到两步操作：

1. 在登录成功之后，要生成令牌。
2. 每一次请求当中，要接收令牌并对令牌进行校验。

稍后我们再来学习如何来生成jwt令牌，以及如何来校验jwt令牌。

2.3.2 生成和校验

简单介绍了JWT令牌以及JWT令牌的组成之后，接下来我们就来学习基于Java代码如何生成和校验JWT令牌。

首先我们先来实现JWT令牌的生成。要想使用JWT令牌，需要先引入JWT的依赖：

<!-- JWT依赖-->
<dependency>
<groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
<artifactId>jjwt</artifactId>
<version>0.9.1</version>
</dependency>

在引入完JWT来赖后，就可以调用工具包中提供的API来完成JWT令牌的生成和校验

工具类：Jwts

生成JWT代码实现：

@Test
public void genJwt(){
Map<String,Object> claims = new HashMap<>();
claims.put("id",1);
claims.put("username","Tom");

String jwt = Jwts.builder()
.setClaims(claims) //自定义内容(载荷)
.signWith(SignatureAlgorithm.HS256, "itheima") //签名算法
.setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + 24*3600*1000)) //有效期
.compact();

System.out.println(jwt);
}

运行测试方法：

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpZCI6MSwiZXhwIjoxNjcyNzI5NzMwfQ.fHi0Ub8npbyt71UqLXDdLyipptLgxBUg_mSuGJtXtBk

输出的结果就是生成的JWT令牌,，通过英文的点分割对三个部分进行分割，我们可以将生成的令牌复制一下，然后打开JWT的官网，将生成的令牌直接放在Encoded位置，此时就会自动的将令牌解析出来。

第一部分解析出来，看到JSON格式的原始数据，所使用的签名算法为HS256。

第二个部分是我们自定义的数据，之前我们自定义的数据就是id，还有一个exp代表的是我们所设置的过期时间。

由于前两个部分是base64编码，所以是可以直接解码出来。但最后一个部分并不是base64编码，是经过签名算法计算出来的，所以最后一个部分是不会解析的。

实现了JWT令牌的生成，下面我们接着使用Java代码来校验JWT令牌(解析生成的令牌)：

@Test
public void parseJwt(){
Claims claims = Jwts.parser()
.setSigningKey("itheima")//指定签名密钥（必须保证和生成令牌时使用相同的签名密钥）
.parseClaimsJws("eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpZCI6MSwiZXhwIjoxNjcyNzI5NzMwfQ.fHi0Ub8npbyt71UqLXDdLyipptLgxBUg_mSuGJtXtBk")
.getBody();

System.out.println(claims);
}

运行测试方法：

{id=1, exp=1672729730}

令牌解析后，我们可以看到id和过期时间，如果在解析的过程当中没有报错，就说明解析成功了。

下面我们做一个测试：把令牌header中的数字9变为8，运行测试方法后发现报错：

原header： eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9

修改为： eyJhbGciOiJIUzI1NiJ8

结论：篡改令牌中的任何一个字符，在对令牌进行解析时都会报错，所以JWT令牌是非常安全可靠的。

我们继续测试：修改生成令牌的时指定的过期时间，修改为1分钟

@Test
public void genJwt(){
Map<String,Object> claims = new HashMap<>();
claims.put(“id”,1);
claims.put(“username”,“Tom”);
String jwt = Jwts.builder()
.setClaims(claims) //自定义内容(载荷)
.signWith(SignatureAlgorithm.HS256, “itheima”) //签名算法
.setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + 60*1000)) //有效期60秒
.compact();

System.out.println(jwt);
//输出结果：eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpZCI6MSwiZXhwIjoxNjczMDA5NzU0fQ.RcVIR65AkGiax-ID6FjW60eLFH3tPTKdoK7UtE4A1ro
}

@Test
public void parseJwt(){
Claims claims = Jwts.parser()
.setSigningKey("itheima")//指定签名密钥
.parseClaimsJws("eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpZCI6MSwiZXhwIjoxNjczMDA5NzU0fQ.RcVIR65AkGiax-ID6FjW60eLFH3tPTKdoK7UtE4A1ro")
.getBody();

System.out.println(claims);
}

等待1分钟之后运行测试方法发现也报错了，说明：JWT令牌过期后，令牌就失效了，解析的为非法令牌。

通过以上测试，我们在使用JWT令牌时需要注意：

• JWT校验时使用的签名秘钥，必须和生成JWT令牌时使用的秘钥是配套的。
• 如果JWT令牌解析校验时报错，则说明 JWT令牌被篡改 或 失效了，令牌非法。

2.3.3 登录下发令牌

JWT令牌的生成和校验的基本操作我们已经学习完了，接下来我们就需要在案例当中通过JWT令牌技术来跟踪会话。具体的思路我们前面已经分析过了，主要就是两步操作：

1. 生成令牌
   • 在登录成功之后来生成一个JWT令牌，并且把这个令牌直接返回给前端
2. 校验令牌
   • 拦截前端请求，从请求中获取到令牌，对令牌进行解析校验

那我们首先来完成：登录成功之后生成JWT令牌，并且把令牌返回给前端。

JWT令牌怎么返回给前端呢？此时我们就需要再来看一下接口文档当中关于登录接口的描述（主要看响应数据）：

• 响应数据
• 参数格式：application/json
• 参数说明：

• 响应数据样例：
• {
  "code": 1,
  "msg": "success",
  "data": "eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJuYW1lIjoi6YeR5bq4IiwiaWQiOjEsInVzZXJuYW1lIjoiamlueW9uZyIsImV4cCI6MTY2MjIwNzA0OH0.KkUc_CXJZJ8Dd063eImx4H9Ojfrr6XMJ-yVzaWCVZCo"
  }
• 备注说明
• 用户登录成功后，系统会自动下发JWT令牌，然后在后续的每次请求中，都需要在请求头header中携带到服务端，请求头的名称为 token ，值为 登录时下发的JWT令牌。
• 如果检测到用户未登录，则会返回如下固定错误信息：
• {
  "code": 0,
  "msg": "NOT_LOGIN",
  "data": null
  }

解读完接口文档中的描述了，目前我们先来完成令牌的生成和令牌的下发，我们只需要生成一个令牌返回给前端就可以了。

实现步骤：

1. 引入JWT工具类
   • 在项目工程下创建com.itheima.utils包，并把提供JWT工具类复制到该包下
2. 登录完成后，调用工具类生成JWT令牌并返回

JWT工具类

public class JwtUtils {

private static String signKey = "itheima";//签名密钥
private static Long expire = 43200000L; //有效时间

/**
* 生成JWT令牌
* @param claims JWT第二部分负载 payload 中存储的内容
* @return
*/
public static String generateJwt(Map<String, Object> claims){
String jwt = Jwts.builder()
.addClaims(claims)//自定义信息（有效载荷）
.signWith(SignatureAlgorithm.HS256, signKey)//签名算法（头部）
.setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + expire))//过期时间
.compact();
return jwt;
}

/**
* 解析JWT令牌
* @param jwt JWT令牌
* @return JWT第二部分负载 payload 中存储的内容
*/
public static Claims parseJWT(String jwt){
Claims claims = Jwts.parser()
.setSigningKey(signKey)//指定签名密钥
.parseClaimsJws(jwt)//指定令牌Token
.getBody();
return claims;
}
}

登录成功，生成JWT令牌并返回

@RestController
@Slf4j
public class LoginController {
//依赖业务层对象
@Autowired
private EmpService empService;

@PostMapping("/login")
public Result login(@RequestBody Emp emp) {
//调用业务层：登录功能
Emp loginEmp = empService.login(emp);

//判断：登录用户是否存在
if(loginEmp !=null ){
//自定义信息
Map<String , Object> claims = new HashMap<>();
claims.put("id", loginEmp.getId());
claims.put("username",loginEmp.getUsername());
claims.put("name",loginEmp.getName());

//使用JWT工具类，生成身份令牌
String token = JwtUtils.generateJwt(claims);
return Result.success(token);
}
return Result.error("用户名或密码错误");
}
}

重启服务，打开postman测试登录接口：

打开浏览器完成前后端联调操作：利用开发者工具，抓取一下网络请求

登录请求完成后，可以看到JWT令牌已经响应给了前端，此时前端就会将JWT令牌存储在浏览器本地。

服务器响应的JWT令牌存储在本地浏览器哪里了呢？

• 在当前案例中，JWT令牌存储在浏览器的本地存储空间local storage中了。 local storage是浏览器的本地存储，在移动端也是支持的。

我们在发起一个查询部门数据的请求，此时我们可以看到在请求头中包含一个token(JWT令牌)，后续的每一次请求当中，都会将这个令牌携带到服务端。

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