SpringBoot整合JWT

一. JWT简介

1. 什么是JWT？

JWT(JSON Web Token)是为了在网络应用环境间传递声明而执行的一种基于JSON的开放标准。

它将用户信息加密到token里，服务器不保存任何用户信息。服务器通过使用保存的密钥验证token的正确性，只要正确即通过验证；应用场景如用户登录。JWT详细讲解请见 github：https://github.com/jwtk/jjwt

2. 为什么使用JWT？

随着技术的发展，分布式web应用的普及，通过session管理用户登录状态成本越来越高，因此慢慢发展成为token的方式做登录身份校验，然后通过token去取redis中的缓存的用户信息，随着之后jwt的出现，校验方式更加简单便捷化，无需通过redis缓存，而是直接根据token取出保存的用户信息，以及对token可用性校验，单点登录更为简单。

3. 传统Cookie+Session与JWT对比

① 在传统的用户登录认证中，因为http是无状态的，所以都是采用session方式。用户登录成功，服务端会保证一个session，当然会给客户端一个sessionId，客户端会把sessionId保存在cookie中，每次请求都会携带这个sessionId。

cookie+session这种模式通常是保存在内存中，而且服务从单服务到多服务会面临的session共享问题，随着用户量的增多，开销就会越大。而JWT不是这样的，只需要服务端生成token，客户端保存这个token，每次请求携带这个token，服务端认证解析就可。

② JWT方式校验方式更加简单便捷化，无需通过redis缓存，而是直接根据token取出保存的用户信息，以及对token可用性校验，单点登录，验证token更为简单。

4. JWT的组成（3部分）

第一部分为头部（header)，第二部分我们称其为载荷（payload)，第三部分是签证（signature)。【中间用 . 分隔】

一个标准的JWT生成的token格式如下：eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzUxMiJ9.eyJzdWIiOiI1IiwiaWF0IjoxNTY1NTk3MDUzLCJleHAiOjE1NjU2MDA2NTN9.qesdk6aeFEcNafw5WFm-TwZltGWb1Xs6oBEk5QdaLzlHxDM73IOyeKPF_iN1bLvDAlB7UnSu-Z-Zsgl_dIlPiw

5. JWT验证流程和特点

验证流程：

① 在头部信息中声明加密算法和常量， 然后把header使用json转化为字符串
② 在载荷中声明用户信息，同时还有一些其他的内容；再次使用json 把载荷部分进行转化，转化为字符串
③ 使用在header中声明的加密算法和每个项目随机生成的secret来进行加密， 把第一步分字符串和第二部分的字符串进行加密， 生成新的字符串。词字符串是独一无二的。
④ 解密的时候，只要客户端带着JWT来发起请求，服务端就直接使用secret进行解密。

特点：

① 三部分组成，每一部分都进行字符串的转化
② 解密的时候没有使用数据库，仅仅使用的是secret进行解密
③ JWT的secret千万不能泄密！

6. JWT优缺点

优点：

①. 可扩展性好

应用程序分布式部署的情况下，Session需要做多机数据共享，通常可以存在数据库或者Redis里面。而JWT不需要。

②. 无状态

JWT不在服务端存储任何状态。RESTful API的原则之一是无状态，发出请求时，总会返回带有参数的响应，不会产生附加影响。用户的认证状态引入这种附加影响，这破坏了这一原则。另外JWT的载荷中可以存储一些常用信息，用于交换信息，有效地使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。

缺点：

① 安全性：由于JWT的payload是使用Base64编码的，并没有加密，因此JWT中不能存储敏感数据。而Session的信息是存在服务端的，相对来说更安全。

② 性能：JWT太长。由于是无状态使用JWT，所有的数据都被放到JWT里，如果还要进行一些数据交换，那载荷会更大，经过编码之后导致JWT非常长，Cookie的限制大小一般是4k，cookie很可能放不下，所以JWT一般放在LocalStorage里面。并且用户在系统中的每一次Http请求都会把JWT携带在Header里面，Http请求的Header可能比Body还要大。而SessionId只是很短的一个字符串，因此使用JWT的Http请求比使用Session的开销大得多。

③ 一次性：无状态是JWT的特点，但也导致了这个问题，JWT是一次性的。想修改里面的内容，就必须签发一个新的JWT。即缺陷是一旦下发，服务后台无法拒绝携带该jwt的请求（如踢除用户）

（1）无法废弃：通过JWT的验证机制可以看出来，一旦签发一个JWT，在到期之前就会始终有效，无法中途废弃。例如你在payload中存储了一些信息，当信息需要更新时，则重新签发一个JWT，但是由于旧的jwt还没过期，拿着这个旧的JWT依旧可以登录，那登录后服务端从JWT中拿到的信息就是过时的。为了解决这个问题，我们就需要在服务端部署额外的逻辑，例如设置一个黑名单，一旦签发了新的JWT，那么旧的就加入黑名单（比如存到redis里面），避免被再次使用。

（2）续签：如果你使用jwt做会话管理，传统的Cookie续签方案一般都是框架自带的，Session有效期30分钟，30分钟内如果有访问，有效期被刷新至30分钟。一样的道理，要改变JWT的有效时间，就要签发新的JWT。最简单的一种方式是每次请求刷新JWT，即每个HTTP请求都返回一个新的JWT。这个方法不仅暴力不优雅，而且每次请求都要做JWT的加密解密，会带来性能问题。另一种方法是在Redis中单独为每个JWT设置过期时间，每次访问时刷新JWT的过期时间。

可以看出想要破解JWT一次性的特性，就需要在服务端存储jwt的状态。但是引入 redis 之后，就把无状态的jwt硬生生变成了有状态了，违背了JWT的初衷。而且这个方案和Session都差不多了。

二. Java实现JWT（SpringBoot方式整合）

 1. Maven依赖与application.yml配置

    io.jsonwebtoken
    jjwt
    0.7.0


    com.auth0
    java-jwt
    3.4.0

server:
  port: 8080
spring:
  application:
    name: springboot-jwt
config:
  jwt:
    # 加密密钥
    secret: abcdefg1234567
    # token有效时长
    expire: 3600
    # header 名称
    header: token

 2. 编写JwtConfig

package com.example.config;

import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import org.springframework.boot.context.properties.ConfigurationProperties;
import org.springframework.stereotype.Component;
import java.util.Date;

/**
 * JWT的token，区分大小写
 */
@ConfigurationProperties(prefix = "config.jwt")
@Component
public class JwtConfig {

    private String secret;
    private long expire;
    private String header;

    /**
     * 生成token
     * @param subject
     * @return
     */
    public String createToken (String subject){
        Date nowDate = new Date();
        Date expireDate = new Date(nowDate.getTime() + expire * 1000);//过期时间

        return Jwts.builder()
                .setHeaderParam("typ", "JWT")
                .setSubject(subject)
                .setIssuedAt(nowDate)
                .setExpiration(expireDate)
                .signWith(SignatureAlgorithm.HS512, secret)
                .compact();
    }
    /**
     * 获取token中注册信息
     * @param token
     * @return
     */
    public Claims getTokenClaim (String token) {
        try {
            return Jwts.parser().setSigningKey(secret).parseClaimsJws(token).getBody();
        }catch (Exception e){
//            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
    /**
     * 验证token是否过期失效
     * @param expirationTime
     * @return
     */
    public boolean isTokenExpired (Date expirationTime) {
        return expirationTime.before(new Date());
    }

    /**
     * 获取token失效时间
     * @param token
     * @return
     */
    public Date getExpirationDateFromToken(String token) {
        return getTokenClaim(token).getExpiration();
    }
    /**
     * 获取用户名从token中
     */
    public String getUsernameFromToken(String token) {
        return getTokenClaim(token).getSubject();
    }

    /**
     * 获取jwt发布时间
     */
    public Date getIssuedAtDateFromToken(String token) {
        return getTokenClaim(token).getIssuedAt();
    }

    // --------------------- getter & setter ---------------------

    public String getSecret() {
        return secret;
    }
    public void setSecret(String secret) {
        this.secret = secret;
    }
    public long getExpire() {
        return expire;
    }
    public void setExpire(long expire) {
        this.expire = expire;
    }
    public String getHeader() {
        return header;
    }
    public void setHeader(String header) {
        this.header = header;
    }
}

 3. 配置拦截器

package com.example.interceptor;

import com.example.config.JwtConfig;
import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.SignatureException;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.StringUtils;
import org.springframework.web.servlet.handler.HandlerInterceptorAdapter;
import javax.annotation.Resource;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

@Component
public class TokenInterceptor extends HandlerInterceptorAdapter {

    @Resource
    private JwtConfig jwtConfig ;
    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request,
                             HttpServletResponse response,
                             Object handler) throws SignatureException {
        /** 地址过滤 */
        String uri = request.getRequestURI() ;
        if (uri.contains("/login")){
            return true ;
        }
        /** Token 验证 */
        String token = request.getHeader(jwtConfig.getHeader());
        if(StringUtils.isEmpty(token)){
            token = request.getParameter(jwtConfig.getHeader());
        }
        if(StringUtils.isEmpty(token)){
            throw new SignatureException(jwtConfig.getHeader()+ "不能为空");
        }

        Claims claims = null;
        try{
            claims = jwtConfig.getTokenClaim(token);
            if(claims == null || jwtConfig.isTokenExpired(claims.getExpiration())){
                throw new SignatureException(jwtConfig.getHeader() + "失效，请重新登录。");
            }
        }catch (Exception e){
            throw new SignatureException(jwtConfig.getHeader() + "失效，请重新登录。");
        }

        /** 设置 identityId 用户身份ID */
        request.setAttribute("identityId", claims.getSubject());
        return true;
    }
}

  注册拦截器到SpringMvc

package com.example.config;

import com.example.interceptor.TokenInterceptor;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.InterceptorRegistry;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.WebMvcConfigurer;
import javax.annotation.Resource;

@Configuration
public class WebConfig implements WebMvcConfigurer {
    @Resource
    private TokenInterceptor tokenInterceptor ;
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        registry.addInterceptor(tokenInterceptor).addPathPatterns("/**");
    }
}

 4. 编写统一异常处理类

package com.example.config;
import io.jsonwebtoken.SignatureException;
import org.springframework.web.bind.annotation.ExceptionHandler;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestControllerAdvice;
import org.yuyi.full.handler.exception.ExceptionInfoBO;
import org.yuyi.full.handler.exception.ResultBO;
import org.yuyi.full.handler.exception.ResultTool;

@RestControllerAdvice
public class PermissionHandler {
    @ExceptionHandler(value = { SignatureException.class })
    @ResponseBody
    public ResultBO authorizationException(SignatureException e){
        return ResultTool.error(new ExceptionInfoBO(1008,e.getMessage()));
    }
}

 5.编写测试接口

package com.example.controller;

import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
import com.example.config.JwtConfig;
import org.springframework.util.StringUtils;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import org.yuyi.full.handler.exception.ResultBO;
import org.yuyi.full.handler.exception.ResultTool;
import javax.annotation.Resource;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

@RestController
public class TokenController {

    @Resource
    private JwtConfig jwtConfig ;

    /**
     * 用户登录接口
     * @param userName
     * @param passWord
     * @return
     */
    @PostMapping("/login")
    public ResultBO login (@RequestParam("userName") String userName,
                           @RequestParam("passWord") String passWord){
        JSONObject json = new JSONObject();

        /** 验证userName，passWord和数据库中是否一致，如不一致，直接return ResultTool.errer(); 【这里省略该步骤】*/

        // 这里模拟通过用户名和密码，从数据库查询userId
        // 这里把userId转为String类型，实际开发中如果subject需要存userId，则可以JwtConfig的createToken方法的参数设置为Long类型
        String userId = 5 + "";
        String token = jwtConfig.createToken(userId) ;
        if (!StringUtils.isEmpty(token)) {
            json.put("token",token) ;
        }
        return ResultTool.success(json) ;
    }

    /**
     * 需要 Token 验证的接口
     */
    @PostMapping("/info")
    public ResultBO info (){
        return ResultTool.success("info") ;
    }

    /**
     * 根据请求头的token获取userId
     * @param request
     * @return
     */
    @GetMapping("/getUserInfo")
    public ResultBO getUserInfo(HttpServletRequest request){
        String usernameFromToken = jwtConfig.getUsernameFromToken(request.getHeader("token"));
        return ResultTool.success(usernameFromToken) ;
    }

    /*
        为什么项目重启后，带着之前的token还可以访问到需要info等需要token验证的接口？
        答案：只要不过期，会一直存在，类似于redis
     */

}

用PostMan测试工具测试一下，访问登录接口，当对账号密码验证通过时，则返回一个token给客户端：

 当直接去访问info接口时，会返回token为空的自定义异常：

 当在请求头加上正确token时，则拦截器验证通过，可以正常访问到接口：

 当在请求头加入一个错误token，则会返回token失效的自定义异常：

 接下来测试一下获取用户信息，因为这里存的subject为userId，所以直接返回上面写死的假数据5：

JWT总结

1. 基于JSON，所以JWT是可以进行跨语言支持的，像JAVA，JavaScript，Node.JS，PHP等很多语言都可以使用。

2. payload部分，需要时JWT可以存储一些其他业务逻辑所必要的非敏感信息。

3. 体积小巧，便于传输；JWT的构成非常简单，字节占用很小，所以它是非常便于传输的。它不需要在服务端保存会话信息, 所以它易于应用的扩展。