Spring Security 整体架构

在具体学习 Spring Security 各种用法之前，我们先介绍一下 Spring Security 中常见的概念，以及认证、授权思路，方便读者从整体上把握 Spring Security 架构，这里涉及的所有组件，在后面的章节中还会做详细介绍。

认证和授权

认证

在 Spring Security 的架构设计中，认证（Authentication）和授权（ Authorization）是分开的，在本书后面的章节中读者可以看到，无论使用什么样的认证方式，都不会影响授权，这是两个独立的存在，这种独立带来的好处之一，就是 Spring Security 可以非常方便地整合一些外部的认证方案。

在 Spring Security 中，用户的认证信息主要由 Authentication 的实现类来保存，Authentication 接口定义如下：

public interface Authentication extends Principal, Serializable {
    Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();
    Object getCredentials();
    Object getDetails();
    Object getPrincipal();
    boolean isAuthenticated();
    void setAuthenticated(boolean isAuthenticated);
}

这里接口中定义的方法如下：

getAuthorities 方法：用来获取用户的权限。
getCredentials 方法：用来获取用户凭证，一般来说就是密码。
getDetails 方法：用来获取用户携带的详细信息，可能是当前请求乊类等。
getPrincipal 方法：用来获取当前用户，例如是一个用户名或者一个用户对象。
isAuthenticated：当前用户是否认证成功。

当用户使用用户名/密码登录或使用 Remember-me 登录时，都会对应一个不同的 Authentication 实例。

Spring Security 中的认证工作主要由 AuthenticationManager 接口来负责，下面来看一下该接口的定义：

public interface AuthenticationManager {
    Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException;
}

AuthenticationManager 只有一个 authenticate 方法可以用来做认证，该方法有三个不同的返回值：

返回 Authentication，表示认证成功。
抛出 AuthenticationException 异常，表示用户输入了无效的凭证。
返回 null，表示不能断定。

AuthenticationManager 最主要的实现类是 ProviderManager， ProviderManager 管理了众多的 AuthenticationProvider 实例， AuthenticationProvider 有点类似于 AuthenticationManager，但是它多了一个 supports 方法用来判断是否支持给定的 Authentication 类型。

public interface AuthenticationProvider {
    Authentication authenticate(Authentication authentication) throws AuthenticationException;
    boolean supports(Class<?> authentication);
}

由于 Authentication 拥有众多不同的实现类，这些不同的实现类又由不同的 AuthenticationProvider 来处理，所以 AuthenticationProvider 会有一个 supports 方法，用来判断当前的 Authentication Provider 是否支持对应的 Authentication。

在一次完整的认证流程中，可能会同时存在多个 AuthenticationProvider（例如，项目同时支持 form 表单登录和短信验证码登录），多个 AuthenticationProvider 统一由 ProviderManager 来管理。同时， ProviderManager 具有一个可选的 parent，如果所有的 AuthenticationProvider 都认证失败，那么就会调用 parent 进行认证。parent 相当于一个备用认证方式，即各个 AuthenticationProvider 都无法处理认证问题的时候，就由 parent 出场收拾残局。

授权

当完成认证后，接下来就是授权了。在 Spring Security 的授权体系中，有两个关键接口：

AccessDecisionManager
AccessDecisionVoter

AccessDecisionVoter 是一个投票器，投票器会检查用户是否具备应有的角色，进而投出赞成、反对或者弃权票； AccessDecisionManager 则是一个决策器，来决定此次访问是否被允许。 AccessDecisionVoter 和 AccessDecisionManager 都有众多的实现类，在 AccessDecisionManager 中会挨个遍历 AccessDecisionVoter，进而决定是否允许用户访问，因而 AccessDecisionVoter 和 AccessDecisionManager 两者的关系类似于 AuthenticationProvider 和 ProviderManager 的关系。

在 Spring Security 中，用户请求一个资源（通常是一个网络接口或者一个 Java 方法）所需要的角色会被封装成一个 ConfigAttribute 对象，在 ConfigAttribute 中只有一个 getAttribute 方法，该方法返回一个 String 字符串，就是角色的名称。一般来说，角色名称都带有一个 ROLE_ 前缀，投票器 AccessDecisionVoter 所做的事情，其实就是比较用户所具备的角色和请求某个资源所需的 ConfigAttribute 之间的关系。

Web安全

在 Spring Security 中，认证、授权等功能都是基于过滤器来完成的。表 1-1 列出了 Spring Security 中常见的过滤器，注意这里说的是否默认加载是指引入 Spring Security 依赖之后，开发者不做任何配置时，会自动加载的过滤器。

Table 1. 表 1-1 Spring Security 中的过滤器
过滤器	过滤器作用	是否默认加载
ChannelProcessingFilter	过滤请求协议，如 HTTPS 和 HTTP	NO
WebAsyncManagerIntegrationFilter	将 WebAsyncManager 与 Spring Security 上下文进行集成	YES
SecurityContextPersistenceFilter	在处理请求之前，将安全信息加载到 SecurityContextHolder 中以方便后续使用。请求结束后，再擦除 SecurityContextHolder 中的信息	YES
HeaderWriterFilter	头信息加入到响应中	YES
CorsFilter	处理跨域问题	NO
CsrfFilter	处理 CSRF 攻击	YES
LogoutFilter	处理注销登录	YES
OAuth2AuthorizationRequestRedirectFilter	处理 OAuth2 认证重定向	NO
Saml2WebSsoAuthenticationRequestFilter	处理 SAML 认证	NO
X509AuthenticationFilter	处理 X509 认证	NO
AbstractPreAuthenticatedProcessingFilter	处理预认证问题	NO
CasAuthenticationFilter	处理 CAS 单点登录	NO
OAuth2LoginAuthenticationFilter	处理 OAuth2 认证	NO
Saml2WebSsoAuthenticationFilter	处理 SAML 认证	NO
UsernamePasswordAuthenticationFilter	处理表单登录	YES
OpenIDAuthenticationFilter	处理 OpenID 认证	NO
DefaultLoginPageGeneratingFilter	配置默认登录页面	YES
DefaultLogoutPageGeneratingFilter	配置默认注销页面	YES
ConcurrentSessionFilter	处理 Session 有效期	NO
DigestAuthenticationFilter	处理 HTTP 摘要认证	NO
BearerTokenAuthenticationFilter	处理 OAuth2 认证时的 Access Token	NO
BasicAuthenticationFilter	处理 HttpBasic 登录	YES
RequestCacheAwareFilter	处理请求缓存	YES
SecurityContextHolderAwareRequestFilter	包装原始请求	YES
JaasApiIntegrationFilter	处理 JAAS 认证	NO
RememberMeAuthenticationFilter	处理 RememberMe 登录	NO
AnonymousAuthenticationFilter	配置匿名认证	YES
OAuth2AuthorizationCodeGrantFilter	处理 OAuth2 认证中的授权码	NO
SessionManagementFilter	处理 Session 并发问题	YES
ExceptionTranslationFilter	处理异常认证/授权中的情况	YES
FilterSecurityInterceptor	处理授权	YES
SwitchUserFilter	处理账户切换	NO

开发者所见到的 Spring Security 提供的功能，都是通过这些过滤器来实现的，这些过滤器按照既定的优先级排列，最终形成一个过滤器链。开发者也可以自定义过滤器，并通过 @Order 注解去调整自定义过滤器在过滤器链中的位置。

需要注意的是，默认过滤器并不是直接放在 Web 项目的原生过滤器链中，而是通过一个 FilterChainProxy 来统一管理。 Spring Security 中的过滤器链通过 FilterChainProxy 嵌入到 Web 项目的原生过滤器链中，如图 1-1 所示。

Figure 1. 图 1-1 过滤器链通过 FilterChainProxy 出现在 Web 容器中

在 Spring Security 中，这样的过滤器链不仅仅只有一个，可能会有多个，如图 1-2 所示。当存在多个过滤器链时，多个过滤器链之间要指定优先级，当请求到达后，会从 FilterChainProxy 进行分发，先和哪个过滤器链匹配上，就用哪个过滤器链进行处理。当系统中存在多个不同的认证体系时，那么使用多个过滤器链就非常有效。

Figure 2. 图 1-2 存在多个过滤器链时通过优先级进行匹配

FilterChainProxy 作为一个顶层管理者，将统一管理 Security Filter。 FilterChainProxy 本身将通过 Spring 框架提供的 DelegatingFilterProxy 整合到原生过滤器链中，所以图 1-2 还可以做进一步的优化，如图 1-3 所示。

Figure 3. 图 1-3 FilterChainProxy 通过 DelegatingFilterProxy 整合进 Web Filter

登录数据保存

如果不使用 Spring Security 这一类的安全管理框架，大部分的开发者可能会将登录用户数据保存在 Session 中，事实上，Spring Security 也是这么做的。但是，为了使用方便，Spring Security 在此基础上还做了一些改进，其中最主要的一个变化就是线程绑定。

当用户登录成功后，Spring Security 会将登录成功的用户信息保存到 SecurityContextHolder 中。SecurityContextHolder 中的数据保存默认是通过 ThreadLocal 来实现的，使用 ThreadLocal 创建的变量只能被当前线程访问，不能被其他线程访问和修改，也就是用户数据和请求线程绑定在一起。当登录请求处理完毕后，Spring Security 会将 SecurityContextHolder 中的数据拿出来保存到 Session 中，同时将 SecurityContextHolder 中的数据清空。以后每当有请求到来时，Spring Security 就会先从 Session 中取出用户登录数据，保存到 SecurityContextHolder 中，方便在该请求的后续处理过程中使用，同时在请求结束时将 SecurityContextHolder 中的数据拿出来保存到 Session 中，然后将 SecurityContextHolder 中的数据清空。

这一策略非常方便用户在 Controller 或者 Service 层获取当前登录用户数据，但是带来的另外一个问题就是，在子线程中想要获取用户登录数据就比较麻烦。Spring Security 对此也提供了相应的解决方案，如果开发者使用 @Async 注解来开启异步任务的话，那么只需要添加如下配置，使用 Spring Security 提供的异步任务代理，就可以在异步任务中从 Security ContextHolder 里边获取当前登录用户的信息：

@Configuration
public class ApplicationConfiguration extends AsyncConfigurerSupport {
    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        return new DelegatingSecurityContextExecutorService(
                Executors.newFixedThreadPool(5));
    }
}