Spring Security实战(一)-- 基于数据库的权限认证

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Spring Security Spring Security数据库认证方式

前言

在Spring MVC的项目中，可以采用Spring 拦截器做权限控制，具体使用方法可以参考另一篇博文《Spring拦截器》。使用Spring 拦截器做权限控制最繁琐的就是需要自己实现用户、角色、权限管理，换到另一个系统又需要重复做一次。庆幸的是Spring Security可以帮我们实现用户、角色、权限管理，让研发人员从这些重复工作中解放出来，简化开发流程。

Spring Security的用户、角色、权限管理可以是基于内存、文件、数据库、LDAP等，但我们常用的还是数据库，这里以mysql数据库为例进行讲解。

现在一般有两种常规方式实现Spring Bean配置：xml配置方式，java配置方式，另外还是Spring Boot简化配置方式，其实可以理解为java方式的升级版。这里以xml配置方式进行讲解，后面有时间再补充一个Spring boot版本的github地址。

Spring Security不仅可以在web层根据链接规则拦截请求做权限控制（类似于spring 拦截器），还可以在其他业务层、dao层等通过注解拦截方法调用做方法级别的权限控制（本质上也可以通过spring aop自己实现）。本次总结主要针对web层的不同链接规则进行不同的权限控制，讲解过程大致分为以下几个步骤：

1、Spring Security相关jar

2、Spring Security xml配置

3、Spring Security数据库认证配置

4、Spring Security相关数据库表创建

5、demo测试

Spring Security相关jar

本次demo搭建，采用的是Spring MVC+Freemaker+Spring Security。为了不占用过多篇幅，这里只列出Spring Security相关jar的Maven配置，其他jar的Maven配置详见文章末尾本次demo搭建的github地址。

 
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.security</groupId>
                <artifactId>spring-security-web</artifactId>
                <version> 4.1.0.RELEASE </version>
            </dependency>
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.security</groupId>
                <artifactId>spring-security-config</artifactId>
                <version>4.1.0.RELEASE </version>
            </dependency>

这里使用的Spring Security版本为4.1.0.RELEASE，到目前为止最新的版本为5.0.0，可以根据项目需要进行选择。

2、Spring Security xml配置

Spring Security xml配置，主要配置两个xml文件：web.xml和Spring Security相关bean xml配置文件。首先来看web.xml配置内容，这里只列出Spring Security相关配置，其他配置详见文章末尾github demo地址。

    <!-- Spring Secutiry 过滤器链配置 -->
    <filter>
        <filter-name>springSecurityFilterChain</filter-name>
        <filter-class>org.springframework.web.filter.DelegatingFilterProxy</filter-class>
    </filter>
    <filter-mapping>
        <filter-name>springSecurityFilterChain</filter-name>
        <url-pattern>/*</url-pattern>
    </filter-mapping>

这里名称必须设置为springSecurityFilterChain，否则无法被识别。DelegatingFilterProxy是Spring Security拦截入口，该过滤器链包含多个Filter，每个Filter有各自不同的职责。有些属于固定Filter，每次请求都会执行，有些是可选Filter可以根据Spring Security的配置自由选择需要的Filter。Spring Security支持的Filiter列表以及顺序，可以在SecurityFilters.java中看到：

enum SecurityFilters {
    FIRST(-2147483648),
    CHANNEL_FILTER,
    SECURITY_CONTEXT_FILTER,
    CONCURRENT_SESSION_FILTER,
    WEB_ASYNC_MANAGER_FILTER,
    HEADERS_FILTER,
    CSRF_FILTER,
    LOGOUT_FILTER,
    X509_FILTER,
    PRE_AUTH_FILTER,
    CAS_FILTER,
    FORM_LOGIN_FILTER,
    OPENID_FILTER,
    LOGIN_PAGE_FILTER,
    DIGEST_AUTH_FILTER,
    BASIC_AUTH_FILTER,
    REQUEST_CACHE_FILTER,
    SERVLET_API_SUPPORT_FILTER,
    JAAS_API_SUPPORT_FILTER,
    REMEMBER_ME_FILTER,
    ANONYMOUS_FILTER,
    SESSION_MANAGEMENT_FILTER,
    EXCEPTION_TRANSLATION_FILTER,
    FILTER_SECURITY_INTERCEPTOR,
    SWITCH_USER_FILTER,
LAST(2147483647);

每个常量对应一个Filter，对照关系表为（来自Spring Security官网http://projects.spring.io/spring-security/）：

我们可以继承这些Filter实现自己的自定义需求，但首先需要知道这些filter的具体功能是什么，这里只对几个常用的filter进行讲解：

1、SecurityContextPersistenceFilter

用途一，在执行其他过滤器之前，率先判断用户的session中是否已经存在一个SecurityContext了。如果存在，就把SecurityContext拿出来，放到SecurityContextHolder中，供Spring Security的其他部分使用。如果不存在，就创建一个SecurityContext出来，还是放到SecurityContextHolder中，供Spring Security的其他部分使用。有点类似HandlerInterceptor接口的preHandle方法。

用途二，在所有过滤器执行完毕后，清空SecurityContextHolder，因为SecurityContextHolder是基于ThreadLocal的，如果在操作完成后清空ThreadLocal，会受到服务器的线程池机制的影响。有点类似HandlerInterceptor接口的afterCompletion方法。

2、LogoutFilter

只处理注销请求，结合Spring Security http配置进行更改：

<security:logout logout-success-url="/login?logout"/>

用途是在用户发送注销请求时，销毁用户session，清空SecurityContextHolder，

然后重定向到注销成功页面。可以与rememberMe之类的机制结合，在注销的同时清空用户cookie。

3、AbstractPreAuthenticatedProcessingFilter

处理form登陆的过滤器，与form登陆有关的所有操作都是在此进行的。这个请求应该是用户使用form登陆后的提交地址。

此过滤器执行的基本操作时，通过用户名和密码判断用户是否有效，如果登录成功就跳转到成功页面；（可能是登陆之前访问的受保护页面，也可能是默认的成功页面），如果登录失败，就跳转到失败页面。Spring Security http配置方式为：

<security:form-login
                    login-page='/login'
                    default-target-url="/welcome"
                    authentication-failure-url="/login?error"
                    username-parameter="username"
                    password-parameter="password"/>

4、BasicAuthenticationFilter

此过滤器用于进行basic验证，功能与AuthenticationProcessingFilter类似，只是Basic验证方式相比较而言用的不是太多，默认会对密码进行base64加密。Spring Security http配置方式为：

<security:http auto-config="true"> 
    <!-- <security:form-login login-page="/login.jsp"/>--> 
    <security:http-basic/> 
    <security:logout logout-success-url="/login.jsp" invalidate-session="true"/> 
    <security:intercept-url pattern="/login.jsp*" filters="none"/> 
    <security:intercept-url pattern="/admin.jsp*" access="ROLE_ADMIN"/> 
    <security:intercept-url pattern="/index.jsp*" access="ROLE_USER,ROLE_ADMIN"/> 
    <security:intercept-url pattern="/**" access="ROLE_USER,ROLE_ADMIN"/> 
</security:http>

注意：需要注释掉login-page，因为Basic验证会提供默认登陆页面。

5、SecurityContextHolderAwareRequestFilter

此过滤器用来包装客户的请求。通过查看其源码可以发现其doFilter方法中会创建一个包装类型SecurityContextHolderAwareRequestWrapper对ServletRequest对象进行包装，主要实现了servlet api的一些接口方法isUserInRole、getRemoteUser，为后续程序提供一些额外的数据。即可以从request对象中获取到用户信息。

6、RememberMeAuthenticationFilter

作用为：当用户没有登录而直接访问资源时, 从cookie里找出用户的信息, 如果Spring Security能够识别出用户提供的remember me cookie, 用户将不必填写用户名和密码, 而是直接登录进入系统. 它先分析SecurityContext里有没有Authentication对象. 如果有, 则不做任何操作, 直接跳到下一个过滤器. 如果没有, 则检查request里有没有包含remember-me的cookie信息. 如果有, 则解析出cookie里的验证信息, 判断是否有权限。Spring Security http配置方式为：

<http>
...
<remember-me key="myAppKey"/>
</http>

7、AnonymousAuthenticationFilter

用于支持Spring Security的匿名访问，适用于一些公共资源希望所有人都可以看到。对于匿名访问的用户，Spring Security支持为其建立一个匿名的AnonymousAuthenticationToken存放在SecurityContextHolder中，这就是所谓的匿名认证。这样在以后进行权限认证或者做其它操作时我们就不需要再判断SecurityContextHolder中持有的Authentication对象是否为null了，而直接把它当做一个正常的Authentication进行使用就OK了。不现在登录页配置：

<intercept-url pattern="/login.jsp*" access="IS_AUTHENTICATED_ANONYMOUSLY"/>
等同于
<http pattern="/login.jsp" security="none">

自定义匿名配置方式：

<bean id="anonymousAuthFilter"
         class="org.springframework.security.web.authentication.AnonymousAuthenticationFilter">
<property name="key" value="foobar"/>
<property name="userAttribute" value="anonymousUser,ROLE_ANONYMOUS"/>
</bean>
 
<bean id="anonymousAuthenticationProvider"
         class="org.springframework.security.authentication.AnonymousAuthenticationProvider">
<property name="key" value="foobar"/>
</bean>
 
security:intercept-url pattern='/common**' access='ROLE_ANONYMOUS'/>

通过上述配置，可以实现对没有权限的用户开发/common**下所有资源。

8、ExceptionTranslationFilter

此过滤器的作用是处理中FilterSecurityInterceptor抛出的异常，然后将请求重定向到对应页面，或返回对应的响应错误代码。

指定不同的异常跳转到不同的页面配置：

<bean id="exceptionTranslationFilter"
class="org.springframework.security.web.access.ExceptionTranslationFilter">
<property name="authenticationEntryPoint" ref="authenticationEntryPoint"/>
<property name="accessDeniedHandler" ref="accessDeniedHandler"/>
</bean>
 
<bean id="authenticationEntryPoint"
class="org.springframework.security.web.authentication.LoginUrlAuthenticationEntryPoint">
<property name="loginFormUrl" value="/login.jsp"/>
</bean>
 
<bean id="accessDeniedHandler"
         class="org.springframework.security.web.access.AccessDeniedHandlerImpl">
<property name="errorPage" value="/accessDenied.htm"/>
</bean>

9、FilterSecurityInterceptor

用户的权限控制都包含在这个过滤器中，主要逻辑在父类AbstractSecurityInterceptor中进行处理。

功能一：如果用户尚未登陆，则抛出AuthenticationCredentialsNotFoundException“尚未认证异常”。

功能二：如果用户已登录，但是没有访问当前资源的权限，则抛出AccessDeniedException“拒绝访问异常”。

功能三：如果用户已登录，也具有访问当前资源的权限，则放行。

Spring Security 过滤器链配置

上一节讲述了Spring Security支持的标准Filter列表，Spring Security 过滤器链配置：其实就是把这些Filiter加入到过滤器链中。本次demo中的配置内容：

<security:http auto-config="true">
        <!--静态资源和登陆页面不做限制-->
        <security:intercept-url pattern="/css/**" access="permitAll" />
        <security:intercept-url pattern="/login**" access="permitAll" />
 
        <!--只能ADMIN角色访问-->
        <security:intercept-url pattern="/admin**" access="hasRole('ROLE_ADMIN')" />
 
        <!--通过验证的用户都可以到达这个页面,注意isAuthenticated()带括号-->
        <security:intercept-url pattern="/welcome**" access="isAuthenticated()" />
 
        <!--其他页面USER角色都可以访问-->
        <security:intercept-url pattern="/**" access="hasRole('ROLE_USER')" />
        <security:form-login
                    login-page='/login'
                    default-target-url="/welcome"
                    authentication-failure-url="/login?error"
                    username-parameter="username"
                    password-parameter="password"/>
 
        <!--没有权限错误页面-->
        <security:access-denied-handler error-page="/nopermit"/>
 
        <security:logout
                logout-success-url="/login?logout"/>
        <security:csrf />
    </security:http>

其他配置很好理解，重点说下auto-config="true"配置，就相当于

  <http>
    <form-login />
    <http-basic />
    <logout />
  </http>

也就是使用了默认的过滤器，如果需要自定义Filter，可以继承上一节中的Filter 自己实现doFilter方法。

Spring Security数据库认证配置

Spring Security认证主要通过AuthenticationManager和AuthenticationProvider实现，AuthenticationProvider有多种实现，本次demo采用默认的数据库认证方式，配置如下：

<security:authentication-manager>
        <security:authentication-provider user-service-ref='myUserDetailsService'/>
    </security:authentication-manager>

这里的myUserDetailsService 采用的是默认的JdbcDaoImpl，配置如下：

<bean id="myUserDetailsService"
                class="org.springframework.security.core.userdetails.jdbc.JdbcDaoImpl">
        <property name="dataSource" ref="dataSource"/>
</bean>

JdbcDaoImpl依赖一个数据源“dataSource” bean，本demo采用的是mysql数据源，配置如下：

<bean id="dataSource" class="org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource">
              <property name="driverClassName" value="com.mysql.jdbc.Driver"/>
              <property name="url" value="jdbc:mysql:loadbalance://192.168.148.95:3306/security_test?useUnicode=true&amp;characterEncoding=UTF8"/>
              <property name="username" value="root"/>
              <property name="password" value="123456"/>
       </bean>

Spring Security相关数据库表创建

通过阅读JdbcDaoImpl源码可以发现，Spring Security默认情况下需要在数据库中创建用户表和权限表：

private String authoritiesByUsernameQuery = "select username,authority from authorities where username = ?";
private String usersByUsernameQuery = "select username,password,enabled from users where username = ?";

默认用户表为users，more权限表为：authorities。本次demo的建表语句为：

-- ----------------------------
-- Table structure for `authorities`
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `authorities`;
CREATE TABLE `authorities` (
  `username` varchar(50) COLLATE utf8_bin NOT NULL,
  `authority` varchar(50) COLLATE utf8_bin NOT NULL,
  UNIQUE KEY `ix_auth_username` (`username`,`authority`),
  CONSTRAINT `fk_authorities_users` FOREIGN KEY (`username`) REFERENCES `users` (`username`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COLLATE=utf8_bin;
 
-- ----------------------------
-- Records of authorities
-- ----------------------------
INSERT INTO `authorities` VALUES ('mysql1', 'ROLE_ADD');
INSERT INTO `authorities` VALUES ('mysql1', 'ROLE_ADMIN');
INSERT INTO `authorities` VALUES ('mysql1', 'ROLE_SELECT');
INSERT INTO `authorities` VALUES ('mysql1', 'ROLE_USER');
INSERT INTO `authorities` VALUES ('mysql2', 'ROLE_SELECT');
INSERT INTO `authorities` VALUES ('mysql2', 'ROLE_USER');
 
-- ----------------------------
-- Table structure for `users`
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `users`;
CREATE TABLE `users` (
  `username` varchar(50) COLLATE utf8_bin NOT NULL,
  `password` varchar(50) COLLATE utf8_bin NOT NULL,
  `enabled` tinyint(1) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`username`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COLLATE=utf8_bin;

从表结构设计不难看出，一个用户可以对应多个角色权限，在为每个新用户分配权限时需要选择多个角色权限，难免有些重复工作。这个问题可以通过开启分组功能解决，如果开启分组功能，同时需要创建分组相关的三张表。一个用户可以对应多个分组，一个分组可以对应多个角色权限。关于分组权限控制这里不再详细讲述。

这里采用的完全是Spring Security默认处理方式，根据自己的实际业务需要可以继承JdbcDaoImpl，重写相关sql语句从自己的用户表、角色权限表获取用户信息。

demo测试

通过上配置即可完成本次demo对Spring Security的引入，最终demo的代码已上传至github：https://github.com/gantianxing/spring-security。下载代码后，采用jdk1.8+tomcat8环境部署，启动程序。访问http://localhost/，默认会跳转到登陆页面：