Spring Security整体架构

Spring Security整体架构

1.认证

在Spring Security的架构设计中，认证Authentication和Authorization是分开的，无论使用什么样的认证方式，都不会影响授权，这时两个独立的存在。这种独立的存在带来的好处之一，就是Spring Security可以非常方便地整合一些外部的认证方案。

在Spring Security中，用户的认证信息主要由Authentication的实现类来保存，其中Authentication接口定义如下：

public interface Authentication extends Principal, Serializable {
    
    Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();

    Object getCredentials();

    Object getDetails();

    Object getPrincipal();

    boolean isAuthenticated();

    void setAuthenticated(boolean isAuthenticated) throws IllegalArgumentException;
    
}

Authentication接口中定义的方法如下：

• getAuthorities()：获取用户的权限。
• getCredentials()：获取用户凭证，也就是密码。
• getDetails()：获取用户携带的详细信息。
• getPrincipal()：获取当前用户，例如一个用户名或者一个用户对象。
• isAuthenticated()：当前用户是否认证成功。

当用户使用用户名/密码登录或使用RememberMe登录时，都会对应一个不同的Authentication实例。

Spring Security中的认证工作主要由AuthenticationManager接口负责，AuthenticationManager接口定义如下：

public interface AuthenticationManager {
    
    Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException;
    
}

AuthenticationManager接口中只有一个authenticate方法可以用来做认证，该方法有三个不同的返回值：

• 返回Authentication，表示认证成功。
• 抛出AuthenticationException异常，表示用户输入了无效的凭证。
• 返回null，表示不能断定。

AuthenticationManager接口最主要的实现类是ProviderManager，ProviderManager类管理了众多的AuthenticationProvider实例。AuthenticationProvider类有点类似于AuthenticationManager，但是它多了一个supports方法用来判断是否支持给定的Authentication类型。AuthenticationProvider接口定义如下：

public interface AuthenticationProvider {
    
    Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException;

    boolean supports(Class<?> clazz);
    
}

由于Authentication接口拥有众多不同的实现类，这些不同的实现类又由不同的AuthenticationProvider来处理，所以AuthenticationProvider会有一个supports方法，用来判断当前的AuthenticationProvider是否支持对应的Authentication。

在一次完整的认证流程中，可能会同时存在多个AuthenticationProvider，例如项目同时支持form表单登录和短信验证码登录。多个AuthenticationProvider统一由ProviderManager来管理。同时，ProviderManager具有一个可选的parent，如果所有的AuthenticationProvider都认证失败，那就会调用parent进行认证。parent相当于一个具备认证方式，但当各个AuthenticationProvider都无法处理认证问题的时候，就由parent出面收拾残局。

2.授权

当完成认证后，接下来就是授权了。在Spring Security的授权体系中，有两个关键的接口：

• AccessDecisionManager
• AccessDecisionVoter

AccessDecisionVoter是一个投票器，投票器会检查用户是否具备应有的校色，进而投出赞成、反对或者弃权票。AccessDecisionManager则是一个决策器，来决定此次访问是否被允许。AccessDecisionManager和AccessDecisionVoter都有众多的实现类。在AccessDecisionManager中会挨个遍历AccessDecisionVoter，进而决定是否允许用户访问，因此AccessDecisionVoter和AccessDecisionManager两者的关系类似于AuthenticationProvider和ProviderManager的关系。

Spring Security中，用户请求一个资源，这个资源通常是一个网络接口或者一个Java方法所需要的角色会被封装成一个ConfigAttribute对象，在ConfigAttribute中只有一个getAttribute方法，该方法返回一个String字符串，就是角色的名称。一般来说，一个角色名称都带有一个ROLE_前缀，投票器AccessDecisionVoter所作的事情，其实就是比较用户所具备的角色和请求某个资源所需的ConfigAttribute之间的关系。ConfigAttribute接口定义如下：

public interface ConfigAttribute extends Serializable {
    
    String getAttribute();
    
}

3.Web安全

在Spring Security中，认证、授权等功能都是基于过滤器来完成的。下列为Spring Security中常见的过滤器。

以上过滤器是否默认加载是指引入Spring Security依赖之后，开发者不做任何配置时，会自动加载的过滤器。

开发者所见到的Spring Security提供的功能，都是通过这些过滤器实现的，这些过滤器按照既定的优先级排列，最终形成一个过滤器链。开发者也可以自定义过滤器，并通过@Order注解去调整自定义过滤器在过滤器链中的位置。

需要注意的是，默认过滤器并不是直接放在Web项目的原生过滤器中，而是通过一个FilterChainProxy来统一管理。Spring Security中的过滤链通过FilterChainProxy嵌入到Web项目的原生过滤器链中。

在Spring Security中，这样的过滤器链不仅仅只有一个，可能会有多个。当存在多个过滤器链时，多个过滤器链之间要指定优先级，当请求到达后，会从FilterChainProxy进行分发，先和哪个过滤器链匹配上，就用哪个过滤器链进行处理。当系统中存在多个不同认证体系时，使用多个过滤器链就非常有效。

FilterChainProxy作为一个顶层管理者，将统一管理Security Filter。FilterChainProxy本身将通过Spring框架提供的DelegatingFilterProxy整合到原生过滤器链中，所以上图还可以做进一步优化：

4.登录数据保存

如果不使用Spring Security这一类安全管理框架，大部分的开发者可能会将登录用户数据保存在session中。事实上，Spring Security也是这么做的。但是，为了使用方便，Spring Security在此基础上还做了一些改进，其中最重要的一个变化就是线程绑定。

当用户登陆成功后，Spring Security会将登陆成功的用户信息保存到SecurityContextHolder中。SecurityContextHolder中的数据保存默认是通过ThreadLocal来实现的。使用ThreadLocal创建的变量只能被当前线程访问，不能被其它线程访问和修改，也就是将用户数据与请求线程绑定在一起。当请求处理完毕后，Spring Security会将SecurityContextHolder中的数据拿出来保存到Session中，同时将SecurityContextHolder中的数据清空。每当有请求到来时，Spring Security会先从Session中取出用户登录数据，保存到SecurityContextHolder中，方便在该请求的后续处理过程中使用。同时在请求结束时将SecurityContextHolder中的数据拿出来保存到Session中，然后将SecurityContextHolder中的用户数据清空。

这一策略非常方便用户在Controller或者Service层获取当前登录用户数据，但是带来的另外一个问题就是，在字线程中想要获取用户登录数据就比较麻烦。Spring Security对此也提供了相应的解决方案，如果开发者使用@Async注解来开启异步任务的话，那么只需要添加如下配置，使用Spring Security提供的异步任务代理，就可以在异步任务中从SecurityContextHolder中获取当前登录用户的信息：

@Configuration
public class ApplicationAsyncConfiguration extends AsyncConfigurerSupport {

    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        return new DelegatingSecurityContextExecutorService(Executors.newFixedThreadPool(5));
    }
    
}

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