node.js学习笔记6 Web开发模式、Session认证机制、JWT认证机制、在express中使用Session认证和JWT

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1. Web开发模式

目前主流的Web开发模式有两种，分别是：

1. 基于服务端渲染的传统 Web 开发模式
2. 基于前后端分离的新型 Web 开发模式

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1.1 服务端渲染的Web开发模式

1.1.1 服务端渲染的概念

服务器发送给客户端的HTML页面，是在服务器通过字符串的拼接，动态生成的。因此，客户端不需要使用 ajax 这样的技术额外请求页面的数据

代码示例：

app.get('/index.html',(req,res) => {
  // 1. 要渲染的数据
  const user = { name: 'AIpoem', age: 20 }
  // 2. 服务器端通过字符串的拼接，动态生成HTML内容
  const html = `
姓名：${user.name}，年龄：${user.age}`
  // 3.生成的HTML页面响应给客户端
  // 客户端拿到的是带有真实数据的HTML页面
  res.send(html)
})

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1.1.2 服务端渲染的优缺点

优点：

1. 前端耗时少。因为服务器端负责动态生成HTML页面，浏览器只需要直接渲染页面即可
2. 有利于SEO。因为服务器端响应的是完整的HTML页面，所以爬虫更容易爬取获得信息，更有利于SEO

缺点：

1. 占用服务器端资源。即服务器端完成HTML页面内容的拼接，如果请求较多，会对服务器造成一定的访问压力
2. 不利于前后端分离，开发效率低。使用服务器端渲染，则无法进行分工工作。对于前端复杂度高的项目，不利于项目高效开发。

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1.2 前后端分离的Web开发模式

1.2.1 前后端分离的概念

前后端分离的Web开发模式就是后端只负责提供API接口，前端使用Ajax调用接口的开发模式

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1.2.2 前后端分离的优缺点

优点：

1. 开发体验好。前端专注于UI页面开发，后端专注于api的开发
2. 用户体验好。ajax技术实现页面的局部刷新，极大提高用户的体验
3. 减轻了服务器端的渲染压力。因为页面最终是在每个用户的浏览器中生成的

缺点：

1. 不利于SEO。因为完整的HTML页面需要在客户端动态拼接完成，所以爬虫无法爬取页面的有效信息

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1.3 如何选择Web开发模式

需要考虑业务场景。

• 比如企业级网站，主要功能是展示而没有复杂的交互，并且需要良好的SEO，我们就需要使用服务器端渲染的开发模式。
• 比如后台管理项目，交互性比较强，不需要考虑SEO，那么就可以使用前后端分离的开发模式

具体使用哪种开发模式并不绝对，为了同时兼顾首页的渲染速度和前后端分离的开发效率，一些网站采用了首屏服务器端渲染+其他页面前后端分离的开发模式

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2. 身份认证

身份认证又称鉴权，是指通过一定的手段，完成对用户身份的确认。

2.1 不同开发模式下的身份认证

对于服务端渲染和前后端分离这两种开发模式来说，分别有着不同的身份认证方案：

1. 服务端渲染推荐使用Session认证机制
2. 前后端分离推荐使用JWT认证机制

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2.2 Session 认证机制

2.2.1 HTTP协议的无状态性

HTTP协议的无状态性，指的是客户端的每次HTTP请求都是独立的，连续多个请求之间没有直接的关系，服务器不会主动保留每次HTTP请求的状态

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2.2.2 如何突破HTTP无状态的限制？

好比超市收银员和多个客户之间的关系，如果用户不携带会员卡，收银员是无法甄别用户是否是vip用户的

会员卡身份认证方式，在web开发模式中就叫做Cookie
当用户首次登录成功之后，服务器就会向客户端分发一个Cookie，Cookie就是身份认证的标识，今后只要再次请求服务器，必须将Cookie发送给服务器，进行客户端的身份认证

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2.2.3 什么是Cookie

Cookie是存储在用户浏览器中的一段不超过 4KB 的字符串
它由一个名称(Name)、一个值(Value)和其他几个用于控制Cookie的有效期、安全性、使用范围的可选属性组成。

不同域名下的Cookie各自独立。每当客户端发起请求时，会自动把当前域名下所有未过期的Cookie一同发送到服务器

Cookie的几大特性：

1. 自动发送
2. 域名独立
3. 过期时限
4. 4KB限制

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2.2.4 Cookie在身份认证中的作用

客户端第一次请求服务器的时候，服务器通过响应头的形式，向客户端发送一个身份认证的Cookie，客户端会自动将Cookie保存在浏览器中

随后，当浏览器每次请求服务器的时候，浏览器会自动将身份认证相关的Cookie，通过请求头的形式发送给服务器，服务器即可验明客户端的身份

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2.2.5 Cookie不具有安全性

由于Cookie是存储在浏览器中的，而且浏览器也提供了读写Cookie的API，因此Cookie很容易被伪造，不具有安全性。
⚠️：千万不要使用Cookie存储重要且隐私的数据！如用户的身份信息、密码等

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2.2.6 Session的工作原理

用户的敏感信息都是保存在服务器，而客户端只保存Cookie，这样能保证信息的安全性

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2.3 在express中使用 Session 认证

2.3.1 安装 express-session 中间件

npm install express-session

2.3.2 配置 express-session 中间件

express-session 中间件安装完成后，需要通过app.use()来注册session中间件

// 1. 导入session中间件
const session = require('express-session')
// 2. 配置session中间件
app.use(session({
  secret: 'AIpoem', // secret属性的值可以为任意字符串
  resave: false,	// 固定写法
  saveUninitialized: true	// 固定写法
}))

2.3.3 向session中存数据

当express-session中间件配置成功后，即可通过req.session来访问和使用session对象，从而存储用户的关键信息：

// 当用户调用了登录接口
app.post('/api/login',(req,res) => {
  // 判断用户提交的登录信息是否正确
  if(req.body.username !== 'admin' || req.body.password !== '000000') {
    return res.send({ status: 1, msg: '登录失败'})
  }
  
  req.session.user = req.body	// 将用户的信息，存储到Session中
  req.session.isLogin = true	// 将用户的登录状态，存储到Session中

  req.send({ status: 0, msg: '登录成功' })
})

2.3.4 从session中取数据

可以直接从req.session对象上获取之前存储的数据

// 获取用户姓名的接口
app.get('/api/username', (req,res) => {
  // 判断用户是否登录
  if (!req.session.isLogin) {
    return res.send({ status: 1, msg: '未登录' })
  }
  res.send({ status: 0, msg: '已登录', username: req.session.username })
})

2.3.5 清空session

调用req.session.destroy()函数，即可清空服务器保存的session信息

// 退出登录的接口
app.post('/api/logout', (req,res) => {
  // 清空当前客户端对应的 session 信息
  req.session.destroy()
  res.send({ status: 0, msg: '退出登录成功' })
})

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2.4 JWT 认证机制

2.4.1 Session认证的局限性

Session认证机制需要配合Cookie才能实现。由于Cookie默认不支持跨域访问。所以当涉及到前端跨域请求后端接口的时候，需要做很多额外的配置，才能实现跨域 Session 认证

⚠️：

• 当前端请求后端接口不存在跨域问题的时候，推荐使用Session认证机制
• 当前端请求后端接口存在跨域问题的时候，推荐使用JWT认证机制

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2.4.2 什么是JWT

JWT：JSON Web Token

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2.4.3 JWT的工作原理

用户的敏感信息通过Token字符串的形式，保存在浏览器中。服务器通过还原Token字符串的形式来认证用户身份

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2.4.4 JWT的组成部分

JWT通常由三部分组成，分别是Header(头部)、Payload(有效荷载)、Signature(签名)
三者之间使用英文的.分隔。格式如下：

Header.Payload.Signature

• Header 和 Signature是安全性相关的部分，这是为了保证 Token 的安全性
• Payload部分是真正的用户信息，它是用户信息经过加密之后生成的字符串

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2.4.5 JWT的使用方式

客户端收到服务器返回的JWT之后，通常会将它存储在localStorage或sessionStorage中
此后，客户端每次向服务器发送请求，都要带上这个JWT
推荐做法是将JWT放在HTTP请求头的Authorization字段中：

Authorization: Bearer token

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2.5 在express中使用 JWT

2.5.1 安装 JWT 相关的包

安装jsonwebtoken和express-jwt

npm install jsonwebtoken express-jwt

• jsonwebtoken用于生成JWT字符串
• express-jwt用于将JWT字符串解析还原成JSON对象

2.5.2 导入JWT相关的包

使用require()函数，分别导入

const jwt = require('jsonwebtoken')
const expressJWT = require('express-jwt')

2.5.3 定义 secret 密钥

为了保证JWT字符串的安全性，防止JWT字符串在网络传输过程中被别人破解，我们需要专门定义一个用于加密和解密的secret密钥：

1. 当生成JWT字符串的时候，需要使用secret密钥对用户的信息进行加密，最终得到加密好的JWT字符串
2. 当把JWT字符串解析还原成JSON对象的时候，需要使用secret密钥进行解密

这个密钥自定义就行：

const secretKey = 'AIpoem zhendehenbucuo ^-^'

2.5.4 生成 JWT 字符串

在登录成功后要生成JWT字符串，调用jsonwebtoken包提供的sign()方法，将用户的信息加密成JWT字符串，响应给客户端：

// 当用户调用了登录接口
app.post('/api/login',(req,res) => {
  // 判断用户提交的登录信息是否正确
  if(req.body.username !== 'admin' || req.body.password !== '000000') {
    return res.send({ status: 1, msg: '登录失败'})
  }
  // 用户登录成功
  res.send({
    status: 200,
    msg: '登录成功',
    // 调用jwt.sign()生成JWT字符串，三个参数分别是：用户信息对象、加密密钥、配置对象(配置当前token的有效期)
    token: jwt.sign({ username: req.body.username }, secretKey, { expiresIn: '10h' })
  })
})

2.5.5 将 JWT 字符串还原为 JSON对象

客户端每次在访问那些有权限接口的时候，都需要主动通过请求头中的Authorization字段，将Token字符串发送到服务器进行身份认证

此时，服务器可以通过express-jwt这个中间件，自动将客户端发送过来的Token解析还原成JSON对象

// 使用app.use()来注册中间件
// expressJWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] })就是来解析Token的中间件
// .unless({ path: [/^\/api\//] })用来指定哪些接口不需要访问权限，这里是凡是以/api为开头的接口都不需要访问权限
app.use(expressJWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }).unless({ path: [/^\/api\//] }))

2.5.6 使用 req.user 获取用户信息

当express-jwt中间件配置成功后，即可在有权限的接口中，使用 req.user对象，来访问从JWT字符串中解析出来的用户信息

// 这是一个有权限的api接口
app.get('/admin/getinfo',(req,res) => {
  res.send({
    status: 200,
    msg: '获取用户信息成功！',
    data: req.user
  })
})

这里解析出来的用户信息是前面我们使用jwt.sign()传的第一个参数

下面演示一下：
用postman请求登录接口，成功返回了token

请求获取用户信息的接口，将刚刚得到的token添加到请求头中一起发送，成功获取到了用户信息

2.5.7 捕获解析 JWT 失败后产生的错误

当使用express-jwt解析Token字符串时，如果客户端发送过来的Token字符串过期或不合法，会产生一个解析失败的错误，影响项目的正常运行。
我们可以通过Express的全局错误处理中间件，捕获这个错误并进行相关处理

app.use((err,req,res,next) => {
  // token解析失败导致的错误
  if(err.name === 'UnauthorizedError') {
    return res.send({ status: 401, msg: '无效的token'})
  }
  // 其它原因导致的错误
  res.send({ status: 500, msg: '未知错误' })
})

演示：
没有配置全局错误处理中间件时，这里用postman发一个错误的token：

配置了全局错误处理中间件之后，再次发送请求：

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完