深入理解Spring Security授权机制原理-阿里云开发者社区

原创/朱季谦

在Spring Security权限框架里，若要对后端http接口实现权限授权控制，有两种实现方式。

一、一种是基于注解方法级的鉴权，其中，注解方式又有@Secured和@PreAuthorize两种。

@Secured如：

@PostMapping("/test")
@Secured({WebResRole.ROLE_PEOPLE_W})
publicvoidtest(){
......
returnnull;
}

@PreAuthorize如：

@PostMapping("save")
@PreAuthorize("hasAuthority('sys:user:add') AND hasAuthority('sys:user:edit')")
publicRestResponsesave(@RequestBody@ValidatedSysUsersysUser, BindingResultresult) {
ValiParamUtils.ValiParamReq(result);
returnsysUserService.save(sysUser);
}

二、一种基于config配置类，需在对应config类配置@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true)注解才能生效，其权限控制方式如下：

@Overrideprotectedvoidconfigure(HttpSecurityhttpSecurity) throwsException {
//使用的是JWT，禁用csrfhttpSecurity.cors().and().csrf().disable()
//设置请求必须进行权限认证               .authorizeRequests()
//首页和登录页面               .antMatchers("/").permitAll()
               .antMatchers("/login").permitAll()
// 其他所有请求需要身份认证              .anyRequest().authenticated();
//退出登录处理httpSecurity.logout().logoutSuccessHandler(...);
//token验证过滤器httpSecurity.addFilterBefore(...);
  }

这两种方式各有各的特点，在日常开发当中，普通程序员接触比较多的，则是注解方式的接口权限控制。

那么问题来了，我们配置这些注解或者类，其security框是如何帮做到能针对具体的后端API接口做权限控制的呢？

单从一行@PreAuthorize("hasAuthority('sys:user:add') AND hasAuthority('sys:user:edit')")注解上看，是看不出任何头绪来的，若要回答这个问题，还需深入到源码层面，方能对security授权机制有更好理解。

若要对这个过程做一个总的概述，笔者整体以自己的思考稍作了总结，可以简单几句话说明其整体实现，以该接口为例：

@PostMapping("save")
@PreAuthorize("hasAuthority('sys:user:add')")
publicRestResponsesave(@RequestBody@ValidatedSysUsersysUser, BindingResultresult) {
ValiParamUtils.ValiParamReq(result);
returnsysUserService.save(sysUser);
   }

即，认证通过的用户，发起请求要访问“/save”接口，若该url请求在配置类里设置为必须进行权限认证的，就会被security框架使用filter拦截器对该请求进行拦截认证。拦截过程主要一个动作，是把该请求所拥有的权限集与@PreAuthorize设置的权限字符“sys:user:add”进行匹配，若能匹配上，说明该请求是拥有调用“/save”接口的权限，那么，就可以被允许执行该接口资源。

在springboot+security+jwt框架中，通过一系列内置或者自行定义的过滤器Filter来达到权限控制，如何设置自定义的过滤器Filter呢？例如，可以通过设置httpSecurity.addFilterBefore(new JwtFilter(authenticationManager()), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class)来自定义一个基于JWT拦截的过滤器JwtFilter，这里的addFilterBefore方法将在下一篇文详细分析，这里暂不展开，该方法大概意思就是，将自定义过滤器JwtFilter加入到Security框架里，成为其中的一个优先安全Filter，代码层面就是将自定义过滤器添加到List<Filter> filters。

设置增加自行定义的过滤器Filter伪代码如下：

@Configuration@EnableWebSecurity@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled=true)
publicclassSecurityConfigextendsWebSecurityConfigurerAdapter {
       ......
@Overrideprotectedvoidconfigure(HttpSecurityhttpSecurity) throwsException {
//使用的是JWT，禁用csrfhttpSecurity.cors().and().csrf().disable()
//设置请求必须进行权限认证                  .authorizeRequests()
                  ......
//首页和登录页面                  .antMatchers("/").permitAll()
                  .antMatchers("/login").permitAll()
// 其他所有请求需要身份认证                  .anyRequest().authenticated();
          ......
//token验证过滤器httpSecurity.addFilterBefore(newJwtFilter(authenticationManager()), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);
      }
  }

该过滤器类extrends继承BasicAuthenticationFilter，而BasicAuthenticationFilter是继承OncePerRequestFilter，该过滤器确保在一次请求只通过一次filter，而不需要重复执行。这样配置后，当请求过来时，会自动被JwtFilter类拦截，这时，将执行重写的doFilterInternal方法，在SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication)认证通过后，会执行过滤器链FilterChain的方法chain.doFilter(request, response);

publicclassJwtFilterextendsBasicAuthenticationFilter {
@AutowiredpublicJwtFilter(AuthenticationManagerauthenticationManager) {
super(authenticationManager);
       }
@OverrideprotectedvoiddoFilterInternal(HttpServletRequestrequest, HttpServletResponseresponse, FilterChainchain) throwsIOException, ServletException {
// 获取token, 并检查登录状态// 获取令牌并根据令牌获取登录认证信息Authenticationauthentication=JwtTokenUtils.getAuthenticationeFromToken(request);
// 设置登录认证信息到上下文SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);
chain.doFilter(request, response);
     }
  }

那么，问题来了，过滤器链FilterChain究竟是什么？

这里，先点进去看下其类源码：

packagejavax.servlet;
importjava.io.IOException;
publicinterfaceFilterChain {
voiddoFilter(ServletRequestvar1, ServletResponsevar2) throwsIOException, ServletException;
   }

FilterChain只有一个 doFilter方法，这个方法的作用就是将请求request转发到下一个过滤器filter进行过滤处理操作，执行过程如下：

过滤器链就像一条铁链，中间的每个过滤器都包含对另一个过滤器的引用，从而把相关的过滤器链接起来，像一条链的样子。这时请求线程就如蚂蚁一样，会沿着这条链一直爬过去-----即，通过各过滤器调用另一个过滤器引用方法chain.doFilter(request, response)，实现一层嵌套一层地将请求传递下去，当该请求传递到能被处理的的过滤器时，就会被处理，处理完成后转发返回。通过过滤器链，可实现在不同的过滤器当中对请求request做处理，且过滤器之间彼此互不干扰。

Spring Security框架上过滤器链上都有哪些过滤器呢？

可以在DefaultSecurityFilterChain类根据输出相关log或者debug来查看Security都有哪些过滤器，如在DefaultSecurityFilterChain类中的构造器中打断点，如图所示，可以看到，自定义的JwtFilter过滤器也包含其中：

这些过滤器都在同一条过滤器链上，即通过chain.doFilter(request, response)可将请求一层接一层转发，处理请求接口是否授权的主要过滤器是FilterSecurityInterceptor，其主要作用如下：

1. 获取到需访问接口的权限信息，即@Secured({WebResRole.ROLE_PEOPLE_W}) 或@PreAuthorize定义的权限信息；

2. 根据SecurityContextHolder中存储的authentication用户信息，来判断是否包含与需访问接口的权限信息，若包含，则说明拥有该接口权限；

3. 主要授权功能在父类AbstractSecurityInterceptor中实现；

我们将从FilterSecurityInterceptor这里开始重点分析Security授权机制原理的实现。

过滤器链将请求传递转发FilterSecurityInterceptor时，会执行FilterSecurityInterceptor的doFilter方法：

1publicvoiddoFilter(ServletRequestrequest, ServletResponseresponse,
2FilterChainchain) throwsIOException, ServletException {
3FilterInvocationfi=newFilterInvocation(request, response, chain);
4invoke(fi);
5 }

在这段代码当中，FilterInvocation类是一个有意思的存在，其实它的功能很简单，就是将上一个过滤器传递过滤的request，response，chain复制保存到FilterInvocation里，专门供FilterSecurityInterceptor过滤器使用。它的有意思之处在于，是将多个参数统一归纳到一个类当中，其到统一管理作用，你想，若是N多个参数，传进来都分散到类的各个地方，参数多了，代码多了，方法过于分散时，可能就很容易造成阅读过程中，弄糊涂这些个参数都是哪里来了。但若统一归纳到一个类里，就能很快定位其来源，方便代码阅读。网上有人提到该FilterInvocation类还起到解耦作用，即避免与其他过滤器使用同样的引用变量。

总而言之，这个地方的设定虽简单，但很值得我们学习一番，将其思想运用到实际开发当中，不外乎也是一种能简化代码的方法。

FilterInvocation主要源码如下：

1publicclassFilterInvocation {
23privateFilterChainchain;
4privateHttpServletRequestrequest;
5privateHttpServletResponseresponse;
678publicFilterInvocation(ServletRequestrequest, ServletResponseresponse,
9FilterChainchain) {
10if ((request==null) || (response==null) || (chain==null)) {
11thrownewIllegalArgumentException("Cannot pass null values to constructor");
12       }
1314this.request= (HttpServletRequest) request;
15this.response= (HttpServletResponse) response;
16this.chain=chain;
17    }
18    ......
19 }

FilterSecurityInterceptor的doFilter方法里调用invoke(fi)方法：

1publicvoidinvoke(FilterInvocationfi) throwsIOException, ServletException {
2if ((fi.getRequest() !=null)
3&& (fi.getRequest().getAttribute(FILTER_APPLIED) !=null)
4&&observeOncePerRequest) {
5//筛选器已应用于此请求，每个请求处理一次，所以不需重新进行安全检查 6fi.getChain().doFilter(fi.getRequest(), fi.getResponse());
7    }
8else {
9// 第一次调用此请求时，需执行安全检查10if (fi.getRequest() !=null&&observeOncePerRequest) {
11fi.getRequest().setAttribute(FILTER_APPLIED, Boolean.TRUE);
12       }
13//1.授权具体实现入口14InterceptorStatusTokentoken=super.beforeInvocation(fi);
15try {
16//2.授权通过后执行的业务17fi.getChain().doFilter(fi.getRequest(), fi.getResponse());
18       }
19finally {
20super.finallyInvocation(token);
21       }
22//3.后续处理23super.afterInvocation(token, null);
24    }
25 }

授权机制实现的入口是super.beforeInvocation(fi)，其具体实现在父类AbstractSecurityInterceptor中实现，beforeInvocation(Object object)的实现主要包括以下步骤：

一、获取需访问的接口权限，这里debug的例子是调用了前文提到的“/save”接口，其权限设置是@PreAuthorize("hasAuthority('sys:user:add') AND hasAuthority('sys:user:edit')")，根据下面截图，可知变量attributes获取了到该请求接口的权限：

二、获取认证通过之后保存在 SecurityContextHolder的用户信息，其中，authorities是一个保存用户所拥有全部权限的集合；

这里authenticateIfRequired()方法核心实现：

1privateAuthenticationauthenticateIfRequired() {
2Authenticationauthentication=SecurityContextHolder.getContext()
3          .getAuthentication();
4if (authentication.isAuthenticated() &&!alwaysReauthenticate) {
5      ......
6returnauthentication;
7    }
8authentication=authenticationManager.authenticate(authentication);
9SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);
10returnauthentication;
11 }

在认证过程通过后，执行SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication)将用户信息保存在Security框架当中，之后可通过SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication()获取到保存的用户信息；

三、尝试授权，用户信息authenticated、请求携带对象信息object、所访问接口的权限信息attributes，传入到decide方法；

decide()是决策管理器AccessDecisionManager定义的一个方法。

1publicinterfaceAccessDecisionManager {
2voiddecide(Authenticationauthentication, Objectobject,
3Collection<ConfigAttribute>configAttributes) throwsAccessDeniedException,
4InsufficientAuthenticationException;
5booleansupports(ConfigAttributeattribute);
6booleansupports(Class<?>clazz);
7 }

AccessDecisionManager是一个interface接口，这是授权体系的核心。FilterSecurityInterceptor 在鉴权时，就是通过调用AccessDecisionManager的decide()方法来进行授权决策，若能通过，则可访问对应的接口。

AccessDecisionManager类的方法具体实现都在子类当中，包含AffirmativeBased、ConsensusBased、UnanimousBased三个子类；

AffirmativeBased表示一票通过，这是AccessDecisionManager默认类；

ConsensusBased表示少数服从多数；

UnanimousBased表示一票反对；

如何理解这个投票机制呢？

点进去AffirmativeBased类里，可以看到里面有一行代码int result = voter.vote(authentication, object, configAttributes)：

这里的AccessDecisionVoter是一个投票器，用到委托设计模式，即AffirmativeBased类会委托投票器进行选举，然后将选举结果返回赋值给result，然后判断result结果值，若为1，等于ACCESS_GRANTED值时，则表示可一票通过，也就是，允许访问该接口的权限。

这里，ACCESS_GRANTED表示同意、ACCESS_DENIED表示拒绝、ACCESS_ABSTAIN表示弃权：

1publicinterfaceAccessDecisionVoter<S> {
2intACCESS_GRANTED=1;//表示同意3intACCESS_ABSTAIN=0;//表示弃权4intACCESS_DENIED=-1;//表示拒绝5    ......
6    }

那么，什么情况下，投票结果result为1呢？

这里需要研究一下投票器接口AccessDecisionVoter，该接口的实现如下图所示：

这里简单介绍两个常用的：

1. RoleVoter:这是用来判断url请求是否具备接口需要的角色，这种主要用于使用注解@Secured处理的权限；

2. PreInvocationAuthorizationAdviceVoter：针对类似注解@PreAuthorize("hasAuthority('sys:user:add') AND hasAuthority('sys:user:edit')")处理的权限；

到这一步，代码就开始难懂了，这部分封装地过于复杂，总体的逻辑，是将用户信息所具有的权限与该接口的权限表达式做匹配，若能匹配成功，返回true，在三目运算符中，

allowed ? ACCESS_GRANTED : ACCESS_DENIED，就会返回ACCESS_GRANTED ，即表示通过，这样，返回给result的值就为1了。

到此为止，本文就结束了，笔者仍存在不足之处，欢迎各位读者能够给予珍贵的反馈，也算是对笔者写作的一种鼓励。

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