SpringSecurity 原理篇快速上手教程

过滤链

Spring Security 所解决的问题就是安全访问控制，而安全访问控制功能其实就是对所有进入系统的请求进行拦截，校验每个请求是否能够访问它所期望的资源。

根据前边知识的学习，可以通过 Filter 或 AOP 等技术来实现，Spring Security 对 Web 资源的保护是靠 Filter 实现的，所以从这个 Filter 来入手，逐步深入 Spring Security 原理。

当初始化 Spring Security 时，会创建一个名为 SpringSecurityFilterChain 的 Servlet 过滤器，类型为 org.springframework.security.web.FilterChainProxy，它实现了 javax.servlet.Filter，因此外部的请求会经过此类，下图是 Spring Security 过虑器链结构图：

FilterChainProxy 是一个代理，真正起作用的是 FilterChainProxy 中 SecurityFilterChain 所包含的各个 Filter，同时这些Filter 作为 Bean 被 Spring 管理，它们是 Spring Security 核心，各有各的职责，但他们并不直接处理用户的认证，也不直接处理用户的授权，而是把它们交给了 认证管理器（AuthenticationManager）和决策管理器（AccessDecisionManager）进行处理，下图是 FilterChainProxy 相关类的 UML 图示。

Spring Security 功能的实现主要是由一系列过滤器链相互配合完成。

下面介绍过滤器链中主要的几个过滤器及其作用：

SecurityContextPersistenceFilter 这个 Filter 是整个拦截过程的入口和出口（也就是第一个和最后一个拦截器），会在请求开始时从配置好的 SecurityContextRepository 中获取 SecurityContext，然后把它设置给 SecurityContextHolder。在请求完成后将 SecurityContextHolder 持有的 SecurityContext 再保存到配置好的 SecurityContextRepository，同时清除 securityContextHolder 所持有的 SecurityContext；

UsernamePasswordAuthenticationFilter 用于处理来自表单提交的认证。该表单必须提供对应的用户名和密码，其内部还有登录成功或失败后进行处理的 AuthenticationSuccessHandler 和AuthenticationFailureHandler，这些都可以根据需求做相关改变；

FilterSecurityInterceptor 是用于保护 web 资源的，使用 AccessDecisionManager 对当前用户进行授权访问，前面已经详细介绍过了；

ExceptionTranslationFilter 能够捕获来自 FilterChain 所有的异常，并进行处理。但是它只会处理两类异常：AuthenticationException 和 AccessDeniedException，其它的异常它会继续抛出。

认证流程

让我们仔细分析认证过程：

1、用户提交用户名、密码被 SecurityFilterChain 中的 UsernamePasswordAuthenticationFilter 过滤器获取到，封装为请求Authentication，通常情况下是 UsernamePasswordAuthenticationToken 这个实现类。

2、然后过滤器将 Authentication 提交至认证管理器（AuthenticationManager）进行认证

3、认证成功后， AuthenticationManager 身份管理器返回一个被填充满了信息的（包括上面提到的权限信息，身份信息，细节信息，但密码通常会被移除） Authentication 实例。

4、SecurityContextHolder 安全上下文容器通过 SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(…) 方法将第 3 步填充了信息的 Authentication 填充进来。

可以看出 AuthenticationManager 接口（认证管理器）是认证相关的核心接口，也是发起认证的出发点，它的实现类为 ProviderManager。而Spring Security支持多种认证方式，因此 ProviderManager 维护着一个 List<AuthenticationProvider> 列表，存放多种认证方式，最终实际的认证工作是由 AuthenticationProvider 完成的。

咱们知道 web 表单的对应的 AuthenticationProvider 实现类为 DaoAuthenticationProvider，它的内部又维护着一个 UserDetailsService 负责 UserDetails 的获取。

最终 AuthenticationProvider 将 UserDetails 填充至 Authentication。

认证核心组件的大体关系如下：

AuthenticationProvider

通过前面的 Spring Security 认证流程我们得知，认证管理器（AuthenticationManager）委托 AuthenticationProvider 完成认证工作。

AuthenticationProvider 是一个接口，定义如下：

public interface AuthenticationProvider {
  // 认证代码，认证通过返回认证对象，失败返回 null
  Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException;

  // 标识自己是否支持这个 Token 认证方式（自定义的）
  boolean supports(Class<?> var1);
}

authenticate() 方法定义了认证的实现过程，它的参数是一个 Authentication，里面包含了登录用户所提交的用户、密码等。而返回值也是一个 Authentication，这个 Authentication 则是在认证成功后，将用户的权限及其他信息重新组装后生成。

Spring Security 中维护着一个 List<AuthenticationProvider> 列表，存放多种认证方式，不同的认证方式使用不同的AuthenticationProvider。如使用用户名密码登录时，使用 AuthenticationProvider1，短信登录时使用 AuthenticationProvider2 等等这样的例子很多。

每个 AuthenticationProvider 需要实现 supports 方法来表明自己支持的认证方式，如我们使用表单方式认证，在提交请求时 Spring Security 会生成 UsernamePasswordAuthenticationToken，它是一个 Authentication，里面封装着用户提交的用户名、密码信息。

而对应的，哪个 AuthenticationProvider 来处理它？

我们在 DaoAuthenticationProvider 的基类 AbstractUserDetailsAuthenticationProvider 发现以下代码：

public boolean supports(Class<?> authentication) {
    return UsernamePasswordAuthenticationToken.class.isAssignableFrom(authentication);
}

也就是说当 web 表单提交用户名密码时，Spring Security 由 DaoAuthenticationProvider 处理。

最后，我们来看一下 Authentication(认证信息)的结构，它是一个接口，我们之前提到的 UsernamePasswordAuthenticationToken 就是它的实现之一：

public interface Authentication extends Principal, Serializable { （1）

    Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities(); （2）

    Object getCredentials(); （3）

    Object getDetails(); （4）

    Object getPrincipal(); （5）

    boolean isAuthenticated();

    void setAuthenticated(boolean var1) throws IllegalArgumentException;
}

（1）Authentication 是 spring security 包中的接口，直接继承自 Principal 类，而 Principal 是位于 java.security 包中的。它是表示着一个抽象主体身份，任何主体都有一个名称，因此包含一个 getName() 方法。

（2）getAuthorities()，权限信息列表，默认是 GrantedAuthority 接口的一些实现类，通常是代表权限信息的一系列字符串。

（3）getCredentials()，凭证信息，用户输入的密码字符串，在认证过后通常会被移除，用于保障安全。

（4）getDetails()，细节信息，web 应用中的实现接口通常为 WebAuthenticationDetails，它记录了访问者的 ip 地址和 sessionId 的值。

（5）getPrincipal()，身份信息，大部分情况下返回的是 UserDetails 接口的实现类，UserDetails 代表用户的详细信息，那从 Authentication 中取出来的 UserDetails 就是当前登录用户信息，它也是框架中的常用接口之一。

这里提供一个自定义 AuthenticationProvider 的示例代码

写的有点复杂，核心思路是通过这个 AuthenticationProvider 和 AuthenticationManager 实现多种登陆方式，但是上面的自定义点都用上了

UserDetailsService

现在咱们现在知道 DaoAuthenticationProvider 处理了 web 表单的认证逻辑，认证成功后既得到一个 Authentication(UsernamePasswordAuthenticationToken 实现)，里面包含了身份信息（Principal）。这个身份信息就是一个 Object，大多数情况下它可以被强转为 UserDetails 对象。

DaoAuthenticationProvider 中包含了一个 UserDetailsService 实例，它负责根据用户名提取用户信息 UserDetails(包含密码)，而后 DaoAuthenticationProvider 会去对比 UserDetailsService 提取的用户密码与用户提交的密码是否匹配作为认证成功的关键依据，因此可以通过将自定义的 UserDetailsService 公开为 spring bean 来定义自定义身份验证。

public interface UserDetailsService {
    UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException;
}

很多人把 DaoAuthenticationProvider 和 UserDetailsService 的职责搞混淆，其实 UserDetailsService 只负责从特定的地方（通常是数据库）加载用户信息，仅此而已。而 DaoAuthenticationProvider 的职责更大，它完成完整的认证流程，同时会把 UserDetails 填充至 Authentication。

UserDetails 和 Authentication 区别

上面一直提到 UserDetails 是用户信息，咱们看一下它的真面目：

public interface UserDetails extends Serializable {
    Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();

    String getPassword();

    String getUsername();

    boolean isAccountNonExpired();

    boolean isAccountNonLocked();

    boolean isCredentialsNonExpired();

    boolean isEnabled();
}

它和 Authentication 接口很类似，比如它们都拥有 username，authorities。

但是 Authentication 的 getCredentials() 与 UserDetails 中的 getPassword() 需要被区分对待，前者是用户提交的密码凭证（前端传过来的），后者是用户实际存储的密码（数据库里面存的真实密码），认证其实就是对这凭证和实际密码的比对。

Authentication 中的 getAuthorities() 实际是由 UserDetails 的 getAuthorities() 传递而形成的。还记得 Authentication 接口中的 getDetails() 方法吗？其中的UserDetails 用户详细信息便是经过了 AuthenticationProvider 认证之后被填充的。

授权流程

Spring Security 可以通过 http.authorizeRequests() 对 web 请求进行授权保护。Spring Security 使用标准 Filter 建立了对 web 请求的拦截，最终实现对资源的授权访问。

Spring Security 的授权流程如下：

分析授权流程：

1、拦截请求，已认证用户访问受保护的 web 资源将被 SecurityFilterChain 中的 FilterSecurityInterceptor 的子类拦截。

2、获取资源访问策略，FilterSecurityInterceptor 会从 SecurityMetadataSource 的子类 DefaultFilterInvocationSecurityMetadataSource 获取要访问当前资源所需要的权限 Collection<ConfigAttribute>。

SecurityMetadataSource 其实就是读取访问策略的抽象，而读取的内容，其实就是我们配置的访问规则，读取访问策略如：

http
  .authorizeRequests()
  .antMatchers("/r/r1").hasAuthority("p1")
  .antMatchers("/r/r2").hasAuthority("p2")
...

3、最后，FilterSecurityInterceptor 会调用 AccessDecisionManager 进行授权决策，若决策通过，则允许访问资源，否则将禁止访问。

AccessDecisionManager（访问决策管理器）的核心接口如下:

public interface AccessDecisionManager {
    /**
    * 通过传递的参数来决定用户是否有访问对应受保护资源的权限
    */
    void decide(Authentication authentication , Object object, Collection<ConfigAttribute> configAttributes ) 
          throws AccessDeniedException, InsufficientAuthenticationException;
    //略..
}

这里着重说明一下 decide 的参数：

authentication：要访问资源的访问者的身份
object：要访问的受保护资源，web 请求对应 FilterInvocation
configAttributes：是受保护资源的访问策略，通过 SecurityMetadataSource 获取。

decide 接口就是用来鉴定当前用户是否有访问对应受保护资源的权限。

授权决策

AccessDecisionManager 采用投票的方式来确定是否能够访问受保护资源。

通过上图可以看出，AccessDecisionManager 中包含的一系列 AccessDecisionVoter 将会被用来对 Authentication 是否有权访问受保护对象进行投票，AccessDecisionManager 根据投票结果，做出最终决策。

AccessDecisionVoter 是一个接口，其中定义有三个方法，具体结构如下所示。

public interface AccessDecisionVoter<S> {
    int ACCESS_GRANTED = 1;
    int ACCESS_ABSTAIN = 0;
    int ACCESS_DENIED = ‐1;

    boolean supports(ConfigAttribute var1);

    boolean supports(Class<?> var1);

    int vote(Authentication var1, S var2, Collection<ConfigAttribute> var3);
}

vote() 方法的返回结果会是 AccessDecisionVoter 中定义的三个常量之一。ACCESS_GRANTED 表示同意，ACCESS_DENIED 表示拒绝，ACCESS_ABSTAIN 表示弃权。如果一个 AccessDecisionVoter 不能判定当前 Authentication 是否拥有访问对应受保护对象的权限，则其 vote() 方法的返回值应当为弃权 ACCESS_ABSTAIN。

Spring Security 内置了三个基于投票的 AccessDecisionManager 实现类如下，它们分别是 AffirmativeBased、ConsensusBased 和 UnanimousBased。

Spring security 默认使用的是 AffirmativeBased。

AffirmativeBased 的逻辑是：

只要有 AccessDecisionVoter 的投票为 ACCESS_GRANTED 则同意用户进行访问；
如果全部弃权也表示通过；
如果没有一个人投赞成票，但是有人投反对票，则将抛出 AccessDeniedException。

ConsensusBased 的逻辑是：

如果赞成票多于反对票则表示通过。
反过来，如果反对票多于赞成票则将抛出 AccessDeniedException。
如果赞成票与反对票相同且不等于 0，并且属性 allowIfEqualGrantedDeniedDecisions 的值为 true，则表示通过，否则将抛出异常 AccessDeniedException。（参数 allowIfEqualGrantedDeniedDecisions 的值默认为 true）
如果所有的 AccessDecisionVoter 都弃权了，则将视参数 allowIfAllAbstainDecisions 的值而定，如果该值为 true 则表示通过，否则将抛出异常 AccessDeniedException。参数 allowIfAllAbstainDecisions 的值默认为 false。

UnanimousBased 的逻辑 与另外两种实现有点不一样，另外两种会一次性把受保护对象的配置属性全部传递给 AccessDecisionVoter 进行投票，而 UnanimousBased 会一次只传递一个 ConfigAttribute 给 AccessDecisionVoter 进行投票。这也就意味着如果我们的 AccessDecisionVoter 的逻辑是只要传递进来的 ConfigAttribute 中有一个能够匹配则投赞成票，但是放到 UnanimousBased 中其投票结果就不一定是赞成了。

UnanimousBased 的逻辑具体来说是这样的：

如果受保护对象配置的某一个ConfigAttribute被任意的AccessDecisionVoter反对了，则将抛出 AccessDeniedException。
如果没有反对票，但是有赞成票，则表示通过。
如果全部弃权了，则将视参数 allowIfAllAbstainDecisions 的值而定，true 则通过，false 则抛出 AccessDeniedException。

Spring Security 也内置一些投票者实现类如 RoleVoter、AuthenticatedVoter 和 WebExpressionVoter 等，可以自行查阅资料进行学习。

过滤链​

认证流程​

AuthenticationProvider​

UserDetailsService​

UserDetails 和 Authentication 区别​

授权流程​

授权决策​

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