Shiro入门

shiro简介

Apache Shiro 是 Java 的一个安全框架。目前,使用 Apache Shiro 的人越来越多,因为它相当简单,对比 Spring Security,可能没有 Spring Security 做的功能强大,但是在实际工作时可能并不需要那么复杂的东西,所以使用小而简单的 Shiro 就足够了。对于它俩到底哪个好,这个不必纠结,能更简单的解决项目问题就好了。

本教程只介绍基本的 Shiro 使用,不会过多分析源码等,重在使用。

Shiro 可以非常容易的开发出足够好的应用,其不仅可以用在 JavaSE 环境,也可以用在 JavaEE 环境。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。这不就是我们想要的嘛,而且 Shiro 的 API 也是非常简单;其基本功能点如下图所示:

Shiro入门_第1张图片

  • Authentication:身份认证 / 登录,验证用户是不是拥有相应的身份;
  • Authorization:授权,即权限验证,验证某个已认证的用户是否拥有某个权限;即判断用户是否能做事情,常见的如:验证某个用户是否拥有某个角色。或者细粒度的验证某个用户对某个资源是否具有某个权限;
  • Session Management:会话管理,即用户登录后就是一次会话,在没有退出之前,它的所有信息都在会话中;会话可以是普通 JavaSE 环境的,也可以是如 Web 环境的;
  • Cryptography:加密,保护数据的安全性,如密码加密存储到数据库,而不是明文存储;
  • Web Support:Web 支持,可以非常容易的集成到 Web 环境;
  • Caching:缓存,比如用户登录后,其用户信息、拥有的角色 / 权限不必每次去查,这样可以提高效率;
  • Concurrency:shiro 支持多线程应用的并发验证,即如在一个线程中开启另一个线程,能把权限自动传播过去;
  • Testing:提供测试支持;
  • Run As:允许一个用户假装为另一个用户(如果他们允许)的身份进行访问;
  • Remember Me:记住我,这个是非常常见的功能,即一次登录后,下次再来的话不用登录了。

接下来我们分别从外部和内部来看看 Shiro 的架构,对于一个好的框架,从外部来看应该具有非常简单易于使用的 API,且 API 契约明确;从内部来看的话,其应该有一个可扩展的架构,即非常容易插入用户自定义实现,因为任何框架都不能满足所有需求。

首先,我们从外部来看 Shiro 吧,即从应用程序角度的来观察如何使用 Shiro 完成工作。如下图:

Shiro入门_第2张图片

可以看到:应用代码直接交互的对象是 Subject,也就是说 Shiro 的对外 API 核心就是 Subject;其每个 API 的含义:

Subject:主体,代表了当前 “用户”,这个用户不一定是一个具体的人,与当前应用交互的任何东西都是 Subject,如网络爬虫,机器人等;即一个抽象概念;所有 Subject 都绑定到 SecurityManager,与 Subject 的所有交互都会委托给 SecurityManager;可以把 Subject 认为是一个门面;SecurityManager 才是实际的执行者;

SecurityManager:安全管理器;即所有与安全有关的操作都会与 SecurityManager 交互;且它管理着所有 Subject;可以看出它是 Shiro 的核心,它负责与后边介绍的其他组件进行交互,如果学习过 SpringMVC,你可以把它看成 DispatcherServlet 前端控制器;

Realm:域,Shiro 从 Realm 获取安全数据(如用户、角色、权限),就是说 SecurityManager 要验证用户身份,那么它需要从 Realm 获取相应的用户进行比较以确定用户身份是否合法;也需要从 Realm 得到用户相应的角色 / 权限进行验证用户是否能进行操作;可以把 Realm 看成 DataSource,即安全数据源。

也就是说对于我们而言,最简单的一个 Shiro 应用:

  1. 应用代码通过 Subject 来进行认证和授权,而 Subject 又委托给 SecurityManager;

  2. 我们需要给 Shiro 的 SecurityManager 注入 Realm,从而让 SecurityManager 能得到合法的用户及其权限进行判断。

接下来我们来从 Shiro 内部来看下 Shiro 的架构,如下图所示:

Shiro入门_第3张图片

  • 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:相当于 SpringMVC 中的 DispatcherServlet 或者 Struts2 中的 FilterDispatcher;是 Shiro 的心脏;所有具体的交互都通过 SecurityManager 进行控制;它管理着所有 Subject、且负责进行认证和授权、及会话、缓存的管理。
  • Authenticator:认证器,负责主体认证的,这是一个扩展点,如果用户觉得 Shiro 默认的不好,可以自定义实现;其需要认证策略(Authentication Strategy),即什么情况下算用户认证通过了;
  • Authorizer:授权器,或者访问控制器,用来决定主体是否有权限进行相应的操作;即控制着用户能访问应用中的哪些功能;
  • Realm:可以有 1 个或多个 Realm,可以认为是安全实体数据源,即用于获取安全实体的;可以是 JDBC 实现,也可以是 LDAP 实现,或者内存实现等等;由用户提供;注意:Shiro 不知道你的用户 / 权限存储在哪及以何种格式存储;所以我们一般在应用中都需要实现自己的 Realm;
  • SessionManager:如果写过 Servlet 就应该知道 Session 的概念,Session 呢需要有人去管理它的生命周期,这个组件就是 SessionManager;而 Shiro 并不仅仅可以用在 Web 环境,也可以用在如普通的 JavaSE 环境、EJB 等环境;所以呢,Shiro 就抽象了一个自己的 Session 来管理主体与应用之间交互的数据;这样的话,比如我们在 Web 环境用,刚开始是一台 Web 服务器;接着又上了台 EJB 服务器;这时想把两台服务器的会话数据放到一个地方,这个时候就可以实现自己的分布式会话(如把数据放到 Memcached 服务器);
  • SessionDAO:DAO 大家都用过,数据访问对象,用于会话的 CRUD,比如我们想把 Session 保存到数据库,那么可以实现自己的 SessionDAO,通过如 JDBC 写到数据库;比如想把 Session 放到 Memcached 中,可以实现自己的 Memcached SessionDAO;另外 SessionDAO 中可以使用 Cache 进行缓存,以提高性能;
  • 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 提供了一些常见的加密组件用于如密码加密 / 解密的。

简单的demo:

我们使用maven构建,其中需要将shiro的依赖注入

    
      org.apache.shiro
      shiro-core
      1.5.3
    

 添加resources文件夹  用来存放配置文件

shiro的配置文件为.ini 结尾的文件,类似于txt
ini 中可以写比较复杂的数据格式    不支持 properties  yml
创建shiro.ini文件    书写系统中相关权限数据

1、首先准备一些用户身份 / 凭据(shiro.ini)

[users]
zhangsan=123
lisi=456
wangwu=789

此处使用 ini 配置文件,通过 [users] 指定了两个主体:zhang/123、wang/123。

2、测试用例

package com.wenhao;


import com.sun.org.apache.xerces.internal.util.SecurityManager;
import org.apache.shiro.SecurityUtils;
import org.apache.shiro.authc.IncorrectCredentialsException;
import org.apache.shiro.authc.UnknownAccountException;
import org.apache.shiro.authc.UsernamePasswordToken;
import org.apache.shiro.mgt.DefaultSecurityManager;
import org.apache.shiro.realm.text.IniRealm;
import org.apache.shiro.subject.Subject;


public class TestAuthenticator {
    public static void main(String[] args) {
        //创建安全管理器对象
        DefaultSecurityManager SecurityManager = new DefaultSecurityManager();
        //给安全管理器设置realm
        SecurityManager.setRealm(new IniRealm("classpath:shiro.ini"));
        //securityUtils  给全局安全工具类设置安全管理器  提供了认证,退出等相关方法
        SecurityUtils.setSecurityManager(SecurityManager);
        //关键对象  subject 主题
        Subject subject = SecurityUtils.getSubject();
        //创建令牌
        UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("zhangsan","123");
        try {
            //用户认证
            System.out.println("认证状态:"+subject.isAuthenticated());
            subject.login(token);
            System.out.println("认证状态:"+subject.isAuthenticated());
        }catch (UnknownAccountException e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("用户名不存在");
        }catch (IncorrectCredentialsException e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("密码错误");
        }


    }
}
  • 首先通过 new IniSecurityManagerFactory 并指定一个 ini 配置文件来创建一个 SecurityManager 工厂;

  • 接着获取 SecurityManager 并绑定到 SecurityUtils,这是一个全局设置,设置一次即可;

  • 通过 SecurityUtils 得到 Subject,其会自动绑定到当前线程;如果在 web 环境在请求结束时需要解除绑定;然后获取身份验证的 Token,如用户名 / 密码;

  • 调用 subject.login 方法进行登录,其会自动委托给 SecurityManager.login 方法进行登录;

  • 如果身份验证失败请捕获 AuthenticationException 或其子类,常见的如: 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)等,具体请查看其继承关系;对于页面的错误消息展示,最好使用如 “用户名 / 密码错误” 而不是 “用户名错误”/“密码错误”,防止一些恶意用户非法扫描帐号库;

  • 最后可以调用 subject.logout 退出,其会自动委托给 SecurityManager.logout 方法退出。

这里我们学习两个单词:

        UnknownAccountException    未知账户异常
        IncorrectCredentialsException  无效的品正信息异常

从如上代码可总结出身份验证的步骤

  1. 收集用户身份 / 凭证,即如用户名 / 密码;

  2. 调用 Subject.login 进行登录,如果失败将得到相应的 AuthenticationException 异常,根据异常提示用户错误信息;否则登录成功;

  3. 最后调用 Subject.logout 进行退出操作。

如上测试的几个问题:

  1. 用户名 / 密码硬编码在 ini 配置文件,以后需要改成如数据库存储,且密码需要加密存储;

  2. 用户身份 Token 可能不仅仅是用户名 / 密码,也可能还有其他的,如登录时允许用户名 / 邮箱 / 手机号同时登录。

身份认证流程

Shiro入门_第4张图片

流程如下:

  1. 首先调用 Subject.login(token) 进行登录,其会自动委托给 Security Manager,调用之前必须通过 SecurityUtils.setSecurityManager() 设置;
  2. SecurityManager 负责真正的身份验证逻辑;它会委托给 Authenticator 进行身份验证;
  3. Authenticator 才是真正的身份验证者,Shiro API 中核心的身份认证入口点,此处可以自定义插入自己的实现;
  4. Authenticator 可能会委托给相应的 AuthenticationStrategy 进行多 Realm 身份验证,默认 ModularRealmAuthenticator 会调用 AuthenticationStrategy 进行多 Realm 身份验证;
  5. Authenticator 会把相应的 token 传入 Realm,从 Realm 获取身份验证信息,如果没有返回 / 抛出异常表示身份验证成功了。此处可以配置多个 Realm,将按照相应的顺序及策略进行访问。

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