Shiro相关介绍(一)

一、shiro是什么

Apache Shiro 是一个强大易用的 Java 安全框架，提供了认证、授权、加密和会话管理等功能，对于任何一个应用程序，Shiro 都可以提供全面的安全管理服务。并且相对于其他安全框架，Shiro 要简单的多。

二、shiro架构介绍

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：

• 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 Manager：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。

记住一点，Shiro 不会去维护用户、维护权限；这些需要我们自己去设计 / 提供；然后通过相应的接口注入给 Shiro 即可。

1、外部shiro架构

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。

从以上也可以看出，Shiro 不提供维护用户 / 权限，而是通过 Realm 让开发人员自己注入。

2、Shrio内部架构

• 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；

• Authrizer：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；所有呢，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 提高了一些常见的加密组件用于如密码加密 / 解密的。

三、Shiro身份验证

身份验证

• 身份验证，即在应用中谁能证明他就是他本人。一般提供如他们的身份 ID 一些标识信息来表明他就是他本人，如提供身份证，用户名 / 密码来证明。

在 shiro 中，用户需要提供 principals （身份）和 credentials（证明）给 shiro，从而应用能验证用户身份：

• principals：身份，即主体的标识属性，可以是任何东西，如用户名、邮箱等，唯一即可。一个主体可以有多个 principals，但只有一个 Primary principals，一般是用户名 / 密码 / 手机号。
• credentials：证明 / 凭证，即只有主体知道的安全值，如密码 / 数字证书等。

最常见的 principals 和 credentials 组合就是用户名 / 密码了。接下来先进行一个基本的身份认证。

另外两个相关的概念是之前提到的 Subject 及 Realm，分别是主体及验证主体的数据源。

环境准备

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>junit</groupId>
        <artifactId>junit</artifactId>
        <version>4.9</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>commons-logging</groupId>
        <artifactId>commons-logging</artifactId>
        <version>1.1.3</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.shiro</groupId>
        <artifactId>shiro-core</artifactId>
        <version>1.2.2</version>
    </dependency>
</dependencies>

登陆/退出

1、首先准备一些用户身份 / 凭据（shiro.ini）

[users]
zhang=123
wang=123

2、测试用例

@Test
public void testHelloworld() {
    //1、获取SecurityManager工厂，此处使用Ini配置文件初始化SecurityManager  Factory<org.apache.shiro.mgt.SecurityManager> factory =
            new IniSecurityManagerFactory("classpath:shiro.ini");
    //2、得到SecurityManager实例 并绑定给SecurityUtils   org.apache.shiro.mgt.SecurityManager securityManager = factory.getInstance();
    SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);
    //3、得到Subject及创建用户名/密码身份验证Token（即用户身份/凭证）
    Subject subject = SecurityUtils.getSubject();
    UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("zhang", "123");
    try {
        //4、登录，即身份验证
        subject.login(token);
    } catch (AuthenticationException e) {
        //5、身份验证失败
    }
    Assert.assertEquals(true, subject.isAuthenticated()); //断言用户已经登录
    //6、退出
    subject.logout();
}

• 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。

从如上代码可总结出身份验证的步骤：

• 收集用户身份 / 凭证，即如用户名 / 密码；
• 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；

• 最后调用 Subject.logout 进行退出操作。

  如上测试的几个问题：

• 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；

• 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：

• 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；
• SecurityManager 负责真正的身份验证逻辑；它会委托给 Authenticator 进行身份验证；
• 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；
• 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；
• 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失败了。此处可以配置多个 Realm，将按照相应的顺序及策略进行访问。

Realm

Realm：域，Shiro 从从 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。如我们之前的 ini 配置方式将使用 org.apache.shiro.realm.text.IniRealm。

org.apache.shiro.realm.Realm 接口如下：

String getName(); //返回一个唯一的Realm名字
boolean supports(AuthenticationToken token); //判断此Realm是否支持此Token
AuthenticationInfo getAuthenticationInfo(AuthenticationToken token)
 throws AuthenticationException;  //根据Token获取认证信息

单Realm配置
1、自定义 Realm 实现
public class MyRealm1 implements Realm {

    @Override
    public String getName() {
        return "myrealm1";
    }
    @Override
    public boolean supports(AuthenticationToken token) {
        //仅支持UsernamePasswordToken类型的Token
        return token instanceof UsernamePasswordToken; 
    }
    @Override
    public AuthenticationInfo getAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        String username = (String)token.getPrincipal();  //得到用户名
        String password = new String((char[])token.getCredentials()); //得到密码
        if(!"zhang".equals(username)) {
            throw new UnknownAccountException(); //如果用户名错误
        }
        if(!"123".equals(password)) {
            throw new IncorrectCredentialsException(); //如果密码错误
        }
        //如果身份认证验证成功，返回一个AuthenticationInfo实现；
        return new SimpleAuthenticationInfo(username, password, getName());
    }
}

2、ini 配置文件指定自定义 Realm 实现 (shiro-realm.ini)
#声明一个realm

myRealm1=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm1
\#指定securityManager的realms实现
securityManager.realms=$myRealm1

通过 $name 来引入之前的 realm 定义

多 Realm 配置

1、ini 配置文件（shiro-multi-realm.ini）

\#声明一个realm
myRealm1=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm1
myRealm2=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm2
\#指定securityManager的realms实现
securityManager.realms=$myRealm1,$myRealm2

securityManager 会按照 realms 指定的顺序进行身份认证。此处我们使用显示指定顺序的方式指定了 Realm 的顺序，如果删除 “securityManager.realms=myRealm1,$myRealm1,$myRealm2”，那么securityManager 会按照 realm 声明的顺序进行使用（即无需设置 realms 属性，其会自动发现），当我们显示指定 realm 后，其他没有指定 realm 将被忽略，如 “securityManager.realms=$myRealm1”，那么 myRealm2 不会被自动设置进去。

2、测试用例请参考 com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.LoginLogoutTest 的 testCustomMultiRealm 测试方法。

Shiro 默认提供的 Realm

以后一般继承 AuthorizingRealm（授权）即可；其继承了 AuthenticatingRealm（即身份验证），而且也间接继承了 CachingRealm（带有缓存实现）。其中主要默认实现如下：

org.apache.shiro.realm.text.IniRealm： [users] 部分指定用户名 / 密码及其角色；[roles] 部分指定角色即权限信息；

org.apache.shiro.realm.text.PropertiesRealm： user.username=password,role1,role2 指定用户名 / 密码及其角色；role.role1=permission1,permission2 指定角色及权限信息；

org.apache.shiro.realm.jdbc.JdbcRealm： 通过 sql 查询相应的信息，如 “select password from users where username = ?” 获取用户密码，“select password, password_salt from users where username = ?” 获取用户密码及盐；“select role_name from user_roles where username = ?” 获取用户角色；“select permission from roles_permissions where role_name = ?” 获取角色对应的权限信息；也可以调用相应的 api 进行自定义 sql；

JDBC Realm 使用
1、数据库及依赖

<dependency>
            <groupId>mysql</groupId>
            <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
            <version>5.1.25</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba</groupId>
            <artifactId>druid</artifactId>
            <version>0.2.23</version>
        </dependency>

本文将使用 mysql 数据库及 druid 连接池；

2.到数据库 shiro 下建三张表：users（用户名 / 密码）、user_roles（用户 / 角色）、roles_permissions（角色 / 权限），具体请参照 shiro-example-chapter2/sql/shiro.sql；并添加一个用户记录，用户名 / 密码为 zhang/123；

3、ini 配置（shiro-jdbc-realm.ini）

jdbcRealm=org.apache.shiro.realm.jdbc.JdbcRealm
dataSource=com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
dataSource.driverClassName=com.mysql.jdbc.Driver
dataSource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/shiro
dataSource.username=root
\#dataSource.password=
jdbcRealm.dataSource=$dataSource
securityManager.realms=$jdbcRealm

1.变量名 = 全限定类名会自动创建一个类实例

2.变量名. 属性 = 值 自动调用相应的 setter 方法进行赋值

3.$ 变量名 引用之前的一个对象实例

4.测试代码请参照 com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.LoginLogoutTest 的 testJDBCRealm 方法，和之前的没什么区别。

Authenticator 及 AuthenticationStrategy

Authenticator 的职责是验证用户帐号，是 Shiro API 中身份验证核心的入口点:

public AuthenticationInfo authenticate(AuthenticationToken authenticationToken)
            throws AuthenticationException;

如果验证成功，将返回 AuthenticationInfo 验证信息；此信息中包含了身份及凭证；如果验证失败将抛出相应的 AuthenticationException 实现。

SecurityManager 接口继承了 Authenticator，另外还有一个 ModularRealmAuthenticator 实现，其委托给多个 Realm 进行验证，验证规则通过 AuthenticationStrategy 接口指定，默认提供的实现：

FirstSuccessfulStrategy： 只要有一个 Realm 验证成功即可，只返回第一个 Realm 身份验证成功的认证信息，其他的忽略；

AtLeastOneSuccessfulStrategy： 只要有一个 Realm 验证成功即可，和 FirstSuccessfulStrategy 不同，返回所有 Realm 身份验证成功的认证信息；

AllSuccessfulStrategy： 所有 Realm 验证成功才算成功，且返回所有 Realm 身份验证成功的认证信息，如果有一个失败就失败了。

ModularRealmAuthenticator 默认使用 AtLeastOneSuccessfulStrategy 策略。

假设我们有三个 realm：
myRealm1： 用户名 / 密码为 zhang/123 时成功，且返回身份 / 凭据为 zhang/123；
myRealm2： 用户名 / 密码为 wang/123 时成功，且返回身份 / 凭据为 wang/123；
myRealm3： 用户名 / 密码为 zhang/123 时成功，且返回身份 / 凭据为 [e-mail]/123，和 myRealm1 不同的是返回时的身份变了；

1、ini 配置文件 (shiro-authenticator-all-success.ini)

\#指定securityManager的authenticator实现
authenticator=org.apache.shiro.authc.pam.ModularRealmAuthenticator
securityManager.authenticator=$authenticator
\#指定securityManager.authenticator的authenticationStrategy
allSuccessfulStrategy=org.apache.shiro.authc.pam.AllSuccessfulStrategy
securityManager.authenticator.authenticationStrategy=$allSuccessfulStrategy
myRealm1=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm1
myRealm2=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm2
myRealm3=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter2.realm.MyRealm3
securityManager.realms=$myRealm1,$myRealm3

2.测试代码

• 首先通用化登录逻辑

 private void login(String configFile) {
        //1、获取SecurityManager工厂，此处使用Ini配置文件初始化SecurityManager
        Factory<org.apache.shiro.mgt.SecurityManager> factory =
                new IniSecurityManagerFactory(configFile);
        //2、得到SecurityManager实例 并绑定给SecurityUtils
        org.apache.shiro.mgt.SecurityManager securityManager = factory.getInstance();
        SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);
        //3、得到Subject及创建用户名/密码身份验证Token（即用户身份/凭证）
        Subject subject = SecurityUtils.getSubject();
        UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("zhang", "123");
        subject.login(token);
    }

• 测试 AllSuccessfulStrategy 成功：

  @Test
    public void testAllSuccessfulStrategyWithSuccess() {
        login("classpath:shiro-authenticator-all-success.ini");
        Subject subject = SecurityUtils.getSubject();
        //得到一个身份集合，其包含了Realm验证成功的身份信息
        PrincipalCollection principalCollection = subject.getPrincipals();
        Assert.assertEquals(2, principalCollection.asList().size());
    }

shiro-authenticator-all-fail.ini 与 shiro-authenticator-all-success.ini 不同的配置是使用了 securityManager.realms=myRealm1，$myRealm1，$myRealm2；即 myRealm 验证失败。

对于 AtLeastOneSuccessfulStrategy 和 FirstSuccessfulStrategy 的区别，请参照 testAtLeastOneSuccessfulStrategyWithSuccess 和 testFirstOneSuccessfulStrategyWithSuccess 测试方法。唯一不同点一个是返回所有验证成功的 Realm 的认证信息；另一个是只返回第一个验证成功的 Realm 的认证信息。

自定义 AuthenticationStrategy 实现，首先看其 API：
/在所有Realm验证之前调用

AuthenticationInfo beforeAllAttempts(
Collection<? extends Realm> realms, AuthenticationToken token) 
throws AuthenticationException;
//在每个Realm之前调用
AuthenticationInfo beforeAttempt(
Realm realm, AuthenticationToken token, AuthenticationInfo aggregate) 
throws AuthenticationException;
//在每个Realm之后调用
AuthenticationInfo afterAttempt(
Realm realm, AuthenticationToken token, 
AuthenticationInfo singleRealmInfo, AuthenticationInfo aggregateInfo, Throwable t)
throws AuthenticationException;
//在所有Realm之后调用
AuthenticationInfo afterAllAttempts(
AuthenticationToken token, AuthenticationInfo aggregate) 
throws AuthenticationException;