Apache Shiro 使用手册（一）Shiro架构介绍

一、什么是Shiro

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：

认证 - 用户身份识别，常被称为用户“登录”；
授权 - 访问控制；
密码加密 - 保护或隐藏数据防止被偷窥；
会话管理 - 每用户相关的时间敏感的状态。

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的架构介绍

首先，来了解一下Shiro的三个核心组件：Subject, SecurityManager 和 Realms. 如下图：



Subject：即“当前操作用户”。但是，在Shiro中，Subject这一概念并不仅仅指人，也可以是第三方进程、后台帐户（Daemon Account）或其他类似事物。它仅仅意味着“当前跟软件交互的东西”。但考虑到大多数目的和用途，你可以把它认为是Shiro的“用户”概念。

Subject代表了当前用户的安全操作，SecurityManager则管理所有用户的安全操作。

SecurityManager：它是Shiro框架的核心，典型的Facade模式，Shiro通过SecurityManager来管理内部组件实例，并通过它来提供安全管理的各种服务。

Realm： Realm充当了Shiro与应用安全数据间的“桥梁”或者“连接器”。也就是说，当对用户执行认证（登录）和授权（访问控制）验证时，Shiro会从应用配置的Realm中查找用户及其权限信息。

从这个意义上讲，Realm实质上是一个安全相关的DAO：它封装了数据源的连接细节，并在需要时将相关数据提供给Shiro。当配置Shiro时，你必须至少指定一个Realm，用于认证和（或）授权。配置多个Realm是可以的，但是至少需要一个。

Shiro内置了可以连接大量安全数据源（又名目录）的Realm，如LDAP、关系数据库（JDBC）、类似INI的文本配置资源以及属性文件等。如果缺省的Realm不能满足需求，你还可以插入代表自定义数据源的自己的Realm实现。

Shiro完整架构图：



除前文所讲Subject、SecurityManager 、Realm三个核心组件外，Shiro主要组件还包括：

Authenticator ：认证就是核实用户身份的过程。这个过程的常见例子是大家都熟悉的“用户/密码”组合。多数用户在登录软件系统时，通常提供自己的用户名（当事人）和支持他们的密码（证书）。如果存储在系统中的密码（或密码表示）与用户提供的匹配，他们就被认为通过认证。

Authorizer ：授权实质上就是访问控制 - 控制用户能够访问应用中的哪些内容，比如资源、Web页面等等。

SessionManager ：在安全框架领域，Apache Shiro提供了一些独特的东西：可在任何应用或架构层一致地使用Session API。即，Shiro为任何应用提供了一个会话编程范式 - 从小型后台独立应用到大型集群Web应用。这意味着，那些希望使用会话的应用开发者，不必被迫使用Servlet或EJB容器了。或者，如果正在使用这些容器，开发者现在也可以选择使用在任何层统一一致的会话API，取代Servlet或EJB机制。

CacheManager :对Shiro的其他组件提供缓存支持。

Apache Shiro 使用手册（二）Shiro 认证

认证就是验证用户身份的过程。在认证过程中，用户需要提交实体信息(Principals)和凭据信息(Credentials)以检验用户是否合法。最常见的“实体/凭证”组合便是“用户名/密码”组合。

一、Shiro认证过程

1、收集实体/凭据信息

Java代码


//Example using most common scenario of username/password pair:
UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken(username, password);
//”Remember Me” built-in:
token.setRememberMe(true);

UsernamePasswordToken支持最常见的用户名/密码的认证机制。同时，由于它实现了RememberMeAuthenticationToken接口，我们可以通过令牌设置“记住我”的功能。

但是，“已记住”和“已认证”是有区别的：

已记住的用户仅仅是非匿名用户，你可以通过subject.getPrincipals()获取用户信息。但是它并非是完全认证通过的用户，当你访问需要认证用户的功能时，你仍然需要重新提交认证信息。

这一区别可以参考亚马逊网站，网站会默认记住登录的用户，再次访问网站时，对于非敏感的页面功能，页面上会显示记住的用户信息，但是当你访问网站账户信息时仍然需要再次进行登录认证。

2、提交实体/凭据信息

Java代码


Subject currentUser = SecurityUtils.getSubject();
currentUser.login(token);

收集了实体/凭据信息之后，我们可以通过SecurityUtils工具类，获取当前的用户，然后通过调用login方法提交认证。

3、认证处理

Java代码


try {
currentUser.login(token);
} catch ( UnknownAccountException uae ) { ...
} catch ( IncorrectCredentialsException ice ) { ...
} catch ( LockedAccountException lae ) { ...
} catch ( ExcessiveAttemptsException eae ) { ...
} ... catch your own ...
} catch ( AuthenticationException ae ) {
//unexpected error?
}

如果login方法执行完毕且没有抛出任何异常信息，那么便认为用户认证通过。之后在应用程序任意地方调用SecurityUtils.getSubject() 都可以获取到当前认证通过的用户实例，使用subject.isAuthenticated()判断用户是否已验证都将返回true.

相反，如果login方法执行过程中抛出异常，那么将认为认证失败。Shiro有着丰富的层次鲜明的异常类来描述认证失败的原因，如代码示例。

二、登出操作

登出操作可以通过调用subject.logout()来删除你的登录信息，如：

Java代码


currentUser.logout(); //removes all identifying information and invalidates their session too.

当执行完登出操作后，Session信息将被清空，subject将被视作为匿名用户。

三、认证内部处理机制

以上，是Shiro认证在应用程序中的处理过程，下面将详细解说Shiro认证的内部处理机制。



如上图，我们通过Shiro架构图的认证部分，来说明Shiro认证内部的处理顺序：

1、应用程序构建了一个终端用户认证信息的AuthenticationToken 实例后，调用Subject.login方法。

2、Sbuject的实例通常是DelegatingSubject类（或子类）的实例对象，在认证开始时，会委托应用程序设置的securityManager实例调用securityManager.login(token)方法。

3、SecurityManager接受到token(令牌)信息后会委托内置的Authenticator的实例（通常都是ModularRealmAuthenticator类的实例）调用authenticator.authenticate(token). ModularRealmAuthenticator在认证过程中会对设置的一个或多个Realm实例进行适配，它实际上为Shiro提供了一个可拔插的认证机制。

4、如果在应用程序中配置了多个Realm，ModularRealmAuthenticator会根据配置的AuthenticationStrategy(认证策略)来进行多Realm的认证过程。在Realm被调用后，AuthenticationStrategy将对每一个Realm的结果作出响应。

注：如果应用程序中仅配置了一个Realm，Realm将被直接调用而无需再配置认证策略。

5、判断每一个Realm是否支持提交的token，如果支持，Realm将调用getAuthenticationInfo(token); getAuthenticationInfo 方法就是实际认证处理，我们通过覆盖Realm的doGetAuthenticationInfo方法来编写我们自定义的认证处理。

四、使用多个Realm的处理机制：

1、Authenticator

默认实现是ModularRealmAuthenticator,它既支持单一Realm也支持多个Realm。如果仅配置了一个Realm，ModularRealmAuthenticator 会直接调用该Realm处理认证信息，如果配置了多个Realm，它会根据认证策略来适配Realm，找到合适的Realm执行认证信息。

自定义Authenticator的配置：

Java代码


[main]
...
authenticator = com.foo.bar.CustomAuthenticator
securityManager.authenticator = $authenticator

2、AuthenticationStrategy（认证策略）

当应用程序配置了多个Realm时，ModularRealmAuthenticator将根据认证策略来判断认证成功或是失败。

例如，如果只有一个Realm验证成功，而其他Realm验证失败，那么这次认证是否成功呢？如果大多数的Realm验证成功了，认证是否就认为成功呢？或者，一个Realm验证成功后，是否还需要判断其他Realm的结果？认证策略就是根据应用程序的需要对这些问题作出决断。

认证策略是一个无状态的组件，在认证过程中会经过4次的调用：

在所有Realm被调用之前
在调用Realm的getAuthenticationInfo 方法之前
在调用Realm的getAuthenticationInfo 方法之后
在所有Realm被调用之后

认证策略的另外一项工作就是聚合所有Realm的结果信息封装至一个AuthenticationInfo实例中，并将此信息返回，以此作为Subject的身份信息。

Shiro有3中认证策略的具体实现：

AtLeastOneSuccessfulStrategy	只要有一个（或更多）的Realm验证成功，那么认证将被视为成功
FirstSuccessfulStrategy	第一个Realm验证成功，整体认证将被视为成功，且后续Realm将被忽略
AllSuccessfulStrategy	所有Realm成功，认证才视为成功

ModularRealmAuthenticator 内置的认证策略默认实现是AtLeastOneSuccessfulStrategy 方式，因为这种方式也是被广泛使用的一种认证策略。当然，你也可以通过配置文件定义你需要的策略，如：

Java代码


[main]
...
authcStrategy = org.apache.shiro.authc.pam.FirstSuccessfulStrategy
securityManager.authenticator.authenticationStrategy = $authcStrategy
...

3、Realm的顺序

由刚才提到的认证策略，可以看到Realm在ModularRealmAuthenticator 里面的顺序对认证是有影响的。

ModularRealmAuthenticator 会读取配置在SecurityManager里的Realm。当执行认证是，它会遍历Realm集合，对所有支持提交的token的Realm调用getAuthenticationInfo 。

因此，如果Realm的顺序对你使用的认证策略结果有影响，那么你应该在配置文件中明确定义Realm的顺序，如：

Java代码


blahRealm = com.company.blah.Realm
...
fooRealm = com.company.foo.Realm
...
barRealm = com.company.another.Realm

securityManager.realms = $fooRealm, $barRealm, $blahRealm