JAVA：Spring Boot 集成 JWT 实现身份验证的技术指南

1、简述

在现代Web开发中，安全性尤为重要。为了确保用户的身份，JSON Web Token（JWT）作为一种轻量级且无状态的身份验证方案，广泛应用于微服务和分布式系统中。本篇博客将讲解如何在Spring Boot 中集成JWT实现身份验证，并列出具体代码示例和常见应用场景。

在这里插入图片描述

2、什么是JWT？

JWT是一种开放标准（RFC 7519），定义了一种紧凑且自包含的方式，用于在各方之间安全地传输信息作为JSON对象。它包含三个部分：头部（Header）、载荷（Payload）和签名（Signature）。

头部：通常包含令牌类型（JWT）和签名算法（如HMAC SHA256）。
载荷：包含声明（claims），如用户ID和到期时间。
签名：使用头部中的算法对头部和载荷进行签名，确保令牌未被篡改。

为什么使用JWT？

无状态性（Stateless）：JWT自包含信息，不需要服务器存储会话数据，适合分布式系统。
跨平台：JWT是基于JSON格式的，因此在不同语言和平台之间传递信息非常方便。
安全性：JWT使用签名验证信息的完整性，确保数据传输的安全性。

在这里插入图片描述

3、集成

3.1 项目设置

首先，创建一个Spring Boot项目，并添加以下依赖：

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>
<dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt</artifactId><version>0.9.1</version>
</dependency>
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

3.2 创建JWT工具类

创建一个JwtUtils类，用于生成和验证JWT：

import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import org.springframework.stereotype.Component;
import java.util.Date;@Component
public class JwtUtils {private final String secret = "yourSecretKey";private final long expiration = 86400000; // 1 day in millisecondspublic String generateToken(String username) {return Jwts.builder().setSubject(username).setIssuedAt(new Date()).setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + expiration)).signWith(SignatureAlgorithm.HS512, secret).compact();}public String getUsernameFromToken(String token) {Claims claims = Jwts.parser().setSigningKey(secret).parseClaimsJws(token).getBody();return claims.getSubject();}public boolean validateToken(String token) {try {Jwts.parser().setSigningKey(secret).parseClaimsJws(token);return true;} catch (Exception e) {return false;}}
}

3.3 创建身份验证过滤器

创建一个JwtAuthenticationFilter类，用于拦截和验证JWT：

import org.springframework.security.authentication.UsernamePasswordAuthenticationToken;
import org.springframework.security.core.context.SecurityContextHolder;
import org.springframework.security.web.authentication.WebAuthenticationDetailsSource;
import org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter;import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;public class JwtAuthenticationFilter extends OncePerRequestFilter {private final JwtUtils jwtUtils;public JwtAuthenticationFilter(JwtUtils jwtUtils) {this.jwtUtils = jwtUtils;}@Overrideprotected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)throws ServletException, IOException {String jwt = extractJwtFromRequest(request);if (jwt != null && jwtUtils.validateToken(jwt)) {String username = jwtUtils.getUsernameFromToken(jwt);UsernamePasswordAuthenticationToken authentication = new UsernamePasswordAuthenticationToken(username, null, null);authentication.setDetails(new WebAuthenticationDetailsSource().buildDetails(request));SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authentication);}filterChain.doFilter(request, response);}private String extractJwtFromRequest(HttpServletRequest request) {String bearerToken = request.getHeader("Authorization");if (bearerToken != null && bearerToken.startsWith("Bearer ")) {return bearerToken.substring(7);}return null;}
}

3.4 配置Spring Security

配置Spring Security以使用JWT进行身份验证：

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.security.authentication.AuthenticationManager;
import org.springframework.security.config.annotation.authentication.builders.AuthenticationManagerBuilder;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.EnableWebSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;
import org.springframework.security.config.http.SessionCreationPolicy;
import org.springframework.security.web.authentication.UsernamePasswordAuthenticationFilter;@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {private final JwtUtils jwtUtils;public SecurityConfig(JwtUtils jwtUtils) {this.jwtUtils = jwtUtils;}@Overrideprotected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {http.csrf().disable().authorizeRequests().antMatchers("/api/auth/**").permitAll().anyRequest().authenticated().and().sessionManagement().sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS);http.addFilterBefore(new JwtAuthenticationFilter(jwtUtils), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);}@Overrideprotected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {// 配置认证管理器}@Bean@Overridepublic AuthenticationManager authenticationManagerBean() throws Exception {return super.authenticationManagerBean();}
}

3.5 实现认证控制器

创建一个认证控制器，用于处理用户登录并生成JWT：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.security.authentication.AuthenticationManager;
import org.springframework.security.authentication.UsernamePasswordAuthenticationToken;
import org.springframework.security.core.Authentication;
import org.springframework.security.core.AuthenticationException;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetails;
import org.springframework.security.core.userdetails.UserDetailsService;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;@RestController
@RequestMapping("/api/auth")
public class AuthController {@Autowiredprivate AuthenticationManager authenticationManager;@Autowiredprivate JwtUtils jwtUtils;@Autowiredprivate UserDetailsService userDetailsService;@PostMapping("/login")public String authenticateUser(@RequestBody AuthRequest authRequest) throws AuthenticationException {Authentication authentication = authenticationManager.authenticate(new UsernamePasswordAuthenticationToken(authRequest.getUsername(), authRequest.getPassword()));UserDetails userDetails = (UserDetails) authentication.getPrincipal();return jwtUtils.generateToken(userDetails.getUsername());}
}class AuthRequest {private String username;private String password;// Getters and setters
}

4、应用场景

用户登录
当用户登录时，服务器验证其凭据并生成一个JWT。客户端将这个JWT存储在本地（例如，LocalStorage或Cookie中），并在后续请求中通过HTTP头部传递。
API访问控制
在后续的API请求中，服务器通过验证JWT来确保请求者的身份和权限。这可以用于保护敏感数据和功能。
分布式系统
在微服务架构中，各个服务之间可以使用JWT进行身份验证和信息传递，无需集中存储和管理会话状态。
无状态应用
对于需要无状态会话的应用，JWT是理想的选择，因为它不需要服务器保存会话数据，减轻了服务器的负担。