是谁动了我的cookie？Spring Security自动登录功能开发经历总结：报错

在使用Spring Security的remember me模块为云端开源论坛XLineCode开发自动登录模块时，本着用户至上的理念优先采用了PersistentTokenBasedRememberMeServices作为实现根基。通过参考Spring Security的官网推荐书籍Spring Security 3 ，很简单也很顺利的在Spring Security命名空间下配置了该service，本地环境也简单测试通过了该功能，但在上线后接近两个月的时间内，却出现了各种多线程引发的问题而导致自动登录功能失效的情况。
 
Spring Security的remember me模块的两个实现机制简介：
PersistentTokenBasedRememberMeServices：
使用JdbcTokenRepositoryImpl在数据库创建persistent_logins表。当勾选自动登录时随机产生键值对并将该键值对保存在persistent_logins表及浏览器的cookie中，在浏览器当前会话失效后从下一request中提取cookie键值对，通过对比是否与数据库中的键值对一致来判断该自动功能是否有效。有效则根据该key生成新的token并更新至数据库和浏览器。如根据key未能从数据库找到记录，则不进行登录授权并取消该key在浏览器中对应的cookie。如该key对应的cookie token与数据库得到的token不一致，则该cookie在浏览器中可能已经被黑客攻破，被盗用于信息窃取，因此抛出cookie被盗的异常并根据该用户id删除其在数据库对应的所有键值记录（该用户在多个浏览器登录则有多条记录）。
核心方法processAutoLoginCookie代码如下：

protected UserDetails processAutoLoginCookie(String[] cookieTokens, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {

        if (cookieTokens.length != 2) {
            throw new InvalidCookieException("Cookie token did not contain " + 2 +
                    " tokens, but contained '" + Arrays.asList(cookieTokens) + "'");
        }

        final String presentedSeries = cookieTokens[0];
        final String presentedToken = cookieTokens[1];

        PersistentRememberMeToken token = tokenRepository.getTokenForSeries(presentedSeries);

        if (token == null) {
            // No series match, so we can't authenticate using this cookie
            throw new RememberMeAuthenticationException("No persistent token found for series id: " + presentedSeries);
        }

        // We have a match for this user/series combination
        if (!presentedToken.equals(token.getTokenValue())) {
            // Token doesn't match series value. Delete all logins for this user and throw an exception to warn them.
            tokenRepository.removeUserTokens(token.getUsername());

            throw new CookieTheftException(messages.getMessage("PersistentTokenBasedRememberMeServices.cookieStolen",
                    "Invalid remember-me token (Series/token) mismatch. Implies previous cookie theft attack."));
        }

        if (token.getDate().getTime() + getTokenValiditySeconds()*1000L < System.currentTimeMillis()) {
            throw new RememberMeAuthenticationException("Remember-me login has expired");
        }

        // Token also matches, so login is valid. Update the token value, keeping the *same* series number.
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug("Refreshing persistent login token for user '" + token.getUsername() + "', series '" +
                    token.getSeries() + "'");
        }

        PersistentRememberMeToken newToken = new PersistentRememberMeToken(token.getUsername(),
                token.getSeries(), generateTokenData(), new Date());

        try {
            tokenRepository.updateToken(newToken.getSeries(), newToken.getTokenValue(), newToken.getDate());
            addCookie(newToken, request, response);
        } catch (DataAccessException e) {
            logger.error("Failed to update token: ", e);
            throw new RememberMeAuthenticationException("Autologin failed due to data access problem");
        }

        return getUserDetailsService().loadUserByUsername(token.getUsername());
    }

 
TokenBasedRememberMeServices：
根据用户id和密码生成cookie，同样通过对比判断cookie是否有效。该机制的缺点是用户修改密码后其在其他浏览器中的cookie不会自动更新，需再次登陆生成cookie。另一缺点是密码经过加密后保存在客户端，存在一定风险。
核心方法processAutoLoginCookie代码如下：

protected UserDetails processAutoLoginCookie(String[] cookieTokens, HttpServletRequest request,
            HttpServletResponse response) {

        if (cookieTokens.length != 3) {
            throw new InvalidCookieException("Cookie token did not contain 3" +
                    " tokens, but contained '" + Arrays.asList(cookieTokens) + "'");
        }

        long tokenExpiryTime;

        try {
            tokenExpiryTime = new Long(cookieTokens[1]).longValue();
        }
        catch (NumberFormatException nfe) {
            throw new InvalidCookieException("Cookie token[1] did not contain a valid number (contained '" +
                    cookieTokens[1] + "')");
        }

        if (isTokenExpired(tokenExpiryTime)) {
            throw new InvalidCookieException("Cookie token[1] has expired (expired on '"
                    + new Date(tokenExpiryTime) + "'; current time is '" + new Date() + "')");
        }

        // Check the user exists.
        // Defer lookup until after expiry time checked, to possibly avoid expensive database call.

        UserDetails userDetails = getUserDetailsService().loadUserByUsername(cookieTokens[0]);

        // Check signature of token matches remaining details.
        // Must do this after user lookup, as we need the DAO-derived password.
        // If efficiency was a major issue, just add in a UserCache implementation,
        // but recall that this method is usually only called once per HttpSession - if the token is valid,
        // it will cause SecurityContextHolder population, whilst if invalid, will cause the cookie to be cancelled.
        String expectedTokenSignature = makeTokenSignature(tokenExpiryTime, userDetails.getUsername(),
                userDetails.getPassword());

        if (!equals(expectedTokenSignature,cookieTokens[2])) {
            throw new InvalidCookieException("Cookie token[2] contained signature '" + cookieTokens[2]
                                                                                                    + "' but expected '" + expectedTokenSignature + "'");
        }

        return userDetails;
    }

 
使用PersistentTokenBasedRememberMeServices遇到的各种情况：
1. 因Spring Security的filter链未作并发控制，所以PersistentTokenBasedRememberMeServices的processAutoLoginCookie在处理自动登录时如服务器负载过大用户多次刷新页面会产生线程A和B同时在运行processAutoLoginCookie的情况。假设A是先于B的请求，而A在未执行tokenRepository.updateToken(newToken.getSeries(), newToken.getTokenValue(), newToken.getDate());时被系统挂起了线程，导致B先于A完成了请求。此时A获得资源后执行完时因A请求已被浏览器取消，故A所产生的新的cookie无法在浏览器中更新，导致该浏览器的下次请求中的cookie与数据库中的token不一致从而抛出Cookie被盗的异常（该情况只在极低的概率下才可能发生）。
 
2. 跑完PersistentTokenBasedRememberMeServices的processAutoLoginCookie后在业务逻辑中如抛出异常而未被代码或者web.xml中的500配置捕获，则会直接返回500错误给浏览器，此时新生成的cookie不会在浏览器更新，同样会导致cookie被盗的情况。不过一般情况下都会捕获，问题不大。
 
3. filter配置不当导致拦截了页面加载后触发的ajax或一般业务请求：同上，在发生异常时导致cookie更新失败。
 
4. 在浏览器请求未返回时直接取消该请求，因该请求在服务器执行完后不能正常设置浏览器的cookie，导致浏览器下次请求再次使用失效的cookie时processAutoLoginCookie发现两边token不一致，抛出cookie被盗异常。这种情况在网络不理想的情况下被用户触发的可能性最大，而Spring Security代码中也没有处理该情况的代码。仅仅因为用户取消请求而抛出cookie被盗的异常并清空该用户在其他浏览器的cookie会造成相当差的用户体验，这也是我决定转为采用TokenBasedRememberMeServices的原因.
 
使用TokenBasedRememberMeServices则相对简单很多，无需考虑并发的情况，只要cookie匹配就可自动登录。
 
后话：我在发现该情况后分别尝试了oschina,csdn和iteye的登录机制，发现他们均使用的是TokenBasedRememberMeServices的方式。