一、前言

Apache Shiro 是 Java 的一个安全框架。功能强大,使用简单的Java安全框架,它为开发人员提供一个直观而全面的认证,授权,加密及会话管理的解决方案。

二、介绍

2.1 功能特点

Shiro 包含 10 个内容,如下图:

  1. Authentication:身份认证/登录,验证用户是不是拥有相应的身份。

  2. 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。

  3. 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。

  4. 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。

  5. Web Support:Web支持,可以非常容易的集成到 web 环境。

  6. 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。

  7. 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。

  8. Testing:提供测试支持。

  9. 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。

  10. 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。

2.2 运行原理

Shiro 运行原理图1(应用程序角度)如下:

  1. 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。所有 Subject 都绑定到 SecurityManager,与 Subject 的所有交互都会委托给 SecurityManager。我们可以把 Subject 认为是一个门面,SecurityManager 才是实际的执行者。

  2. 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,我们可以把它看成 DispatcherServlet 前端控制器。

  3. 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。我们可以把 Realm 看成 DataSource,即安全数据源。

Shiro 运行原理图2(Shiro 内部架构角度)如下:

  1. Subject:主体,可以看到主体可以是任何与应用交互的“用户”。

  2. SecurityManager:相当于 SpringMVC 中的 DispatcherServlet 或者 Struts2 中的 FilterDispatcher。它是 Shiro 的核心,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。

  3. 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,我们可以自定义实现。其需要认证策略(Authentication Strategy),即什么情况下算用户认证通过了。

  4. Authrizer:授权器,或者访问控制器。它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。

  5. 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。它可以是 JDBC 实现,也可以是 LDAP 实现,或者内存实现等。

  6. SessionManager:如果写过 Servlet 就应该知道 Session 的概念,Session 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。

  7. SessionDAO:DAO 大家都用过,数据访问对象,用于会话的 CRUD。我们可以自定义 SessionDAO 的实现,控制 session 存储的位置。如通过 JDBC 写到数据库或通过 jedis 写入 redis 中。另外 SessionDAO 中可以使用 Cache 进行缓存,以提高性能。

  8. CacheManager:缓存管理器。它来管理如用户、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。

  9. 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。

2.3 过滤器

当 Shiro 被运用到 web 项目时,Shiro 会自动创建一些默认的过滤器对客户端请求进行过滤。以下是 Shiro 提供的过滤器:

过滤器简称 对应的 Java 类
anon org.apache.shiro.web.filter.authc.AnonymousFilter
authc org.apache.shiro.web.filter.authc.FormAuthenticationFilter
authcBasic org.apache.shiro.web.filter.authc.BasicHttpAuthenticationFilter
perms org.apache.shiro.web.filter.authz.PermissionsAuthorizationFilter
port org.apache.shiro.web.filter.authz.PortFilter
rest org.apache.shiro.web.filter.authz.HttpMethodPermissionFilter
roles org.apache.shiro.web.filter.authz.RolesAuthorizationFilter
ssl org.apache.shiro.web.filter.authz.SslFilter
user org.apache.shiro.web.filter.authc.UserFilter
logout org.apache.shiro.web.filter.authc.LogoutFilter
noSessionCreation org.apache.shiro.web.filter.session.NoSessionCreationFilter

解释:

/admins/**=anon               # 表示该 uri 可以匿名访问
/admins/**=auth               # 表示该 uri 需要认证才能访问
/admins/**=authcBasic         # 表示该 uri 需要 httpBasic 认证
/admins/**=perms[user:add:*]  # 表示该 uri 需要认证用户拥有 user:add:* 权限才能访问
/admins/**=port[8081]         # 表示该 uri 需要使用 8081 端口
/admins/**=rest[user]         # 相当于 /admins/**=perms[user:method],其中,method 表示  get、post、delete 等
/admins/**=roles[admin]       # 表示该 uri 需要认证用户拥有 admin 角色才能访问
/admins/**=ssl                # 表示该 uri 需要使用 https 协议
/admins/**=user               # 表示该 uri 需要认证或通过记住我认证才能访问
/logout=logout                # 表示注销,可以当作固定配置

注意:
anon,authcBasic,auchc,user 是认证过滤器。
perms,roles,ssl,rest,port 是授权过滤器。

三、基础入门

3.1 添加依赖

<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>1.4.0</version>
</dependency>

3.2 配置文件

src/main/resources 目录下创建名为 shiro.ini 的配置文件,内容如下:

[users]
# admin=admin 分别表示账号和密码,administrator 表示逗号前边的账号拥有 administrator 这个角色。
admin=admin,administrator
zhangsan=zhangsan,manager
lisi=lisi,guest
[roles]
# administrator 表示角色名称,* 表示这个角色拥有所有权限
administrator=*
manager=user:*,department:*
guest=user:query,department:query

其中,每个用户可以拥有多个角色,通过逗号分隔。每个角色可以拥有多个权限,同样通过逗号分隔。

3.3 编码

public class ShiroTest {
    @Test
    public void test() {
        // 读取 shiro.ini 文件内容
        Factory<SecurityManager> factory = new IniSecurityManagerFactory("classpath:shiro.ini");
        SecurityManager securityManager = factory.getInstance();
        SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);
        Subject currentUser = SecurityUtils.getSubject();
        Session session = currentUser.getSession();
        session.setAttribute("someKey", "aValue");
        String value = (String) session.getAttribute("someKey");
        if (value.equals("aValue")) {
            System.out.println("someKey 的值:" + value);
        }
        // 登陆
        UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("zhangsan", "zhangsan");
        token.setRememberMe(true);
        try {
            currentUser.login(token);
        } catch (UnknownAccountException uae) {
            System.out.println("用户名不存在:" + token.getPrincipal());
        } catch (IncorrectCredentialsException ice) {
            System.out.println("账户密码 " + token.getPrincipal() + " 不正确!");
        } catch (LockedAccountException lae) {
            System.out.println("用户名 " + token.getPrincipal() + " 被锁定 !");
        }
        // 认证成功后
        if (currentUser.isAuthenticated()) {
            System.out.println("用户 " + currentUser.getPrincipal() + " 登陆成功!");
            // 测试角色
            System.out.println("是否拥有 manager 角色:" + currentUser.hasRole("manager"));
            // 测试权限
            System.out.println("是否拥有 user:create 权限" + currentUser.isPermitted("user:create"));
            // 退出
            currentUser.logout();
        }
    }
}

打印结果:

someKey 的值:aValue
用户 zhangsan 登陆成功!
是否拥有 manager 角色:true
是否拥有 user:create 权限true

在项目的后端代码中,我们可以通过 Subject 对象检测出当前登录用户的认证状态和授权信息,以下是 Subject 对象认证和授权相关的方法列表:

如果开发者不想使用代码进行用户进行授权校验等操作,那么可以使用注解代替。
在使用 Shiro 的注解之前,请确保项目中已经添加支持 AOP 功能的相关 jar 包。常用注解如下:

@RequiresRoles( "manager" )      // 角色校验
public String save() {
    //...
}
@RequiresPermissions("user:manage")  // 权限检验
public String delete() {
    //...
}

当客户端发送请求后,系统会使用 AOP 生成请求目标的代理类来解析注解,然后判断当前请求的用户是否拥有权限访问。
在项目的前端代码中,如果使用的是 JSP 模板,我们就可以使用 Shiro 提供的标签对页面元素的展示进行控制。
例如:

<%@ taglib prefix="shiro" uri=http://shiro.apache.org/tags %>
<html>
<body>
    <shiro:hasPermission name="user:manage">
        <a href="manageUsers.jsp">
            点击进入管理界面
        </a>
    </shiro:hasPermission>
    <shiro:lacksPermission name="user:manage">
        没有管理权限
    </shiro:lacksPermission>
</body>
</html>

其中,user:manage 对应 shiro.ini 文件中[roles]下边的设置。

四、自定义 Realm

上边的程序使用的是 Shiro 自带的 IniRealm,而 IniRealm 从 ini 配置文件中读取用户的信息,大部分情况下需要从系统的数据库中读取用户信息,所以需要自定义 realm
Shiro 为我们提供了如下 Realm:

其中,最基础的是 Realm 接口,CachingRealm 负责缓存处理,AuthenticationRealm 负责认证,AuthorizingRealm负责授权,通常自定义的 realm 继承 AuthorizingRealm
自定义 Realm

package com.highguard.test;
public class Test {
    public class CustomRealm extends AuthorizingRealm {
        /**
         * 认证
         */
        @Override
        protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
            // 从 token 中获取用户身份信息
            String username = (String) token.getPrincipal();
            // 通过 username 从数据库中查询
            // 如果查询不到则返回 null
            if (!username.equals("zhangsan")) {// 这里模拟查询不到
                return null;
            }
            // 获取从数据库查询出来的用户密码
            String dbPassword = "zhangsan";// 这里使用静态数据模拟
            // 返回认证信息由父类 AuthenticatingRealm 进行认证
            SimpleAuthenticationInfo simpleAuthenticationInfo = new SimpleAuthenticationInfo(username, dbPassword,
                    getName());
            return simpleAuthenticationInfo;
        }
        /**
         * 授权
         */
        @Override
        protected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principals) {
            // 获取身份信息
            String username = (String) principals.getPrimaryPrincipal();
            // 根据身份信息从数据库中查询权限数据
            // 这里使用静态数据模拟
            List<String> permissions = new ArrayList<String>();
            permissions.add("user:*");
            permissions.add("department:*");
            // 将权限信息封闭为AuthorizationInfo
            SimpleAuthorizationInfo simpleAuthorizationInfo = new SimpleAuthorizationInfo();
            // 模拟数据,添加 manager 角色
            simpleAuthorizationInfo.addRole("manager");
            for (String permission : permissions) {
                simpleAuthorizationInfo.addStringPermission(permission);
            }
            return simpleAuthorizationInfo;
        }
    }
}

src/main/resources 目录下创建 shiro-realm.ini 文件,内容如下:

[main]
#自定义 realm
customRealm=com.light.shiroTest.realm.CustomRealm
#将realm设置到securityManager
securityManager.realms=$customRealm

将测试类中,shiro.ini 改成 shiro-realm.ini 后执行,结果如下:

someKey 的值:aValue
用户 zhangsan 登陆成功!
是否拥有 manager 角色:true
是否拥有 user:create 权限true

五、与 Spring 整合

由于项目设计思路不同,整合 Shiro 框架时的设置也会有所不同,因此下边只列出部分通用的代码。

5.1 添加依赖

<dependency>
    <groupId>org.apache.shiro</groupId>
    <artifactId>shiro-core</artifactId>
    <version>1.4.0</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.shiro</groupId>
    <artifactId>shiro-spring</artifactId>
    <version>1.4.0</version>
</dependency>

5.2 配置文件

web.xml

<filter>
    <filter-name>shiroFilter</filter-name>
    <filter-class>org.springframework.web.filter.DelegatingFilterProxy</filter-class>
    <init-param>
        <param-name>targetFilterLifecycle</param-name>
        <param-value>true</param-value>
    </init-param>
</filter>
<filter-mapping>
    <filter-name>shiroFilter</filter-name>
    <url-pattern>/*</url-pattern>
</filter-mapping>

application-shiro.xml

<bean id="shiroFilter" class="org.apache.shiro.spring.web.ShiroFilterFactoryBean">
    <!-- 必须设置 -->
    <property name="securityManager" ref="securityManager"/>
    <!-- 3 个 url 属性为可选设置 -->
    <property name="loginUrl" value="/login.jsp"/>
    <property name="successUrl" value="/home.jsp"/>
    <property name="unauthorizedUrl" value="/unauthorized.jsp"/>
    <property name="filterChainDefinitions">
        <value>
            <!-- 对静态资源设置匿名访问 -->
            /resources/** = anon
            /login = anon
            <!-- /** = authc 所有url都必须认证通过才可以访问-->
            /** = authc
        </value>
    </property>
</bean>
<!-- 安全管理器 -->
<bean id="securityManager" class="org.apache.shiro.web.mgt.DefaultWebSecurityManager">
    <property name="realm" ref="customRealm" />
</bean>
<!-- 自定义 realm -->
<bean id="customRealm" class="com.light.ac.web.realm.CustomRealm"></bean>
<!-- 保证实现了Shiro内部lifecycle函数的bean执行 -->
<bean id="lifecycleBeanPostProcessor" class="org.apache.shiro.spring.LifecycleBeanPostProcessor" />

其中,application-shiro.xml 中的 shiroFilter 名字和 web.xml 文件中的 shiroFilter是对应的,必须一致。
anonauthc 对应上文提到的过滤器。
CustomRealm 类:

public class CustomRealm extends AuthorizingRealm {
    @Autowired
    private UserService userService;
    @Autowired
    private PermissionService permissionService;
    /**
     * 认证
     */
    @Override
    protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        // 获取用户名
        String userName = (String) token.getPrincipal();
        // 通过用户名获取用户对象
        User user = this.userService.findUserByUserName(userName);
        if (user == null) {
            return null;
        }
        // 通过 userId 获取该用户拥有的所有权限,返回值根据自己需求编写,并非固定值。
        Map<String, List<Permission>> permissionMap = this.permissionService.getPermissionMapByUserId(user.getId());
        // (目录+菜单,分层级,用于前端 jsp 遍历)
        user.setMenuList(permissionMap.get("menuList"));
        // (目录+菜单+按钮,用于后端权限判断)
        user.setPermissionList(permissionMap.get("permissionList"));
        SimpleAuthenticationInfo info = new SimpleAuthenticationInfo(user, user.getPassword(), this.getName());
        return info;
    }
    /**
     * 授权
     */
    @Override
    protected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principals) {
        User user = (User) principals.getPrimaryPrincipal();
        SimpleAuthorizationInfo info = new SimpleAuthorizationInfo();
        // (目录+菜单+按钮,用于后端权限判断)
        List<Permission> permissionList = user.getPermissionList();
        for (Permission permission : permissionList) {
            if (StringUtil.isNotEmpty(permission.getCode())) {
                info.addStringPermission(permission.getCode());
            }
        }
        return info;
    }
}

具体代码可以根据下文提供的源码地址进行下载查看。

六、源码下载

authority-control-shiro

七、参考资料

作者:月光中的污点

来源:https://www.extlight.com/2017/12/19/Shiro-%E5%9F%BA%E7%A1%80%E6%95%99%E7%A8%8B/