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一、背景引入

由于Http協議本身是無狀態的，那么服務器是怎么識別兩次請求是不是來自同一個客戶端呢，傳統用戶識別是基于seeion和cookie實現的。大致流程如下：

用戶向服務器發送用戶名和密碼請求用戶進行校驗，校驗通過后創建session繪畫，并將用戶相關信息保存到session中服務器將sessionId回寫到用戶瀏覽器cookie中用戶以后的請求，都會鞋帶cookie發送到服務器服務器得到cookie中的sessionId，從session集合中找到該用戶的session回話，識別用戶

這種模式有很多缺點，對于分布式架構的支持以及擴展性不是很好。而且session是保存在內存中，單臺服務器部署如果登陸用戶過多占用服務器資源也多，做集群必須得實現session共享的話，集群數量又不易太多，否則服務器之間頻繁同步session也會非常耗性能。當然也可以引入持久層，將session保存在數據庫或者redis中，保存數據庫的話效率不高，存redis效率高，但是對redis依賴太重，如果redis掛了，影響整個應用。還有一種辦法就是不存服務器，而是把用戶標識數據存在瀏覽器，瀏覽器每次請求都攜帶該數據，服務器做校驗，這也是JWT的思想。

二、JWT介紹

2.1 概念介紹

Json Web Token（JWT）是目前比較流行的跨域認證解決方案，是一種基于JSON的開發標準，由于數據是可以經過簽名加密的，比較安全可靠，一般用于前端和服務器之間傳遞信息，也可以用在移動端和后臺傳遞認證信息。

2.2 組成結構

JWT就是一段字符串，格式如下：

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJhdWQiOiIxIn0.qfd0GelhE1aGr15LrnYlIZ_3UToaOM5HeMcXrmDG

由于三部分組成，之間用"."接。第一部分是頭信息Header，中間部分是載荷Payload，最后部分是簽名信息Signature。

頭信息Header：描述JWT基本信息，typ表示采用JWT令牌，alg(algorithm)表示采用什么算法進行簽名，常見算法有HmacSHA256（HS256）、HmacSHA384（HS384）、HmacSHA512（HS512）、SHA256withECDSA（ES256）、SHA256withRSA（RS256）、SHA512withRSA（RS512）等。如果采用HS256則頭信息結構為：

{
 "typ": "JWT",
 "alg": "HS256
}

載荷Payload：載荷（也可以叫載體）是具體的傳輸內容，包括一些標準屬性，iss: 該JWT的簽發者，exp: 過期時間戳，iat: 簽發時間戳，jti: JWTID等等。也可以添加其他需要傳遞的內容數據。結構為：

{
 "iss": "kkk",
 "iat": 1548818203,
 "exp": 1548818212,
 "sub": "test.com
}

簽名Signature：對頭信息和載荷進行簽名，保證傳輸過程中信息不被篡改，比如：將頭信息和載荷分別進行base64加密得到字符串a和b，將字符串a和b以點相連并簽名得到字符串c，將字符串a、b、c以點相連得到最終token。

2.3 驗證流程

使用JWT的驗證流程為：

用戶提交用戶名，密碼到服務器后臺后臺驗證通過，服務器端生成Token字符串，返回到客戶端客戶端保存Token，下一次請求資源時，附帶上Token信息服務器端驗證Token是否由服務器簽發的（一般在攔截器中驗證），若Token驗證通過，則返回需要的資源

驗證流程和基于session大體相同，只不過不是基于session，而是采用攔截器在代碼中實驗驗證，返回給客戶端的也不是sessionid，而是經過一定算法得出來的token字符串。

2.4 源碼分析

JAVA中有封裝好的開源哭JWT可以直接使用，下面就分析下關鍵代碼驗證以下內容。

Header頭信息結構分析關鍵源碼如下：

//token生成方法
public static void main(String[] args) {
 String token= JWT.create().withAudience("audience")
 .withIssuedAt(new Date())
 .withSubject("subject")
 .withExpiresAt(new Date()).withJWTId("jtiid")
 .sign(Algorithm.HMAC256(user.getPassword()));
}
public abstract class Algorithm {
 private final String name;
 private final String description;
 //...其他方法省略...
 public static Algorithm HMAC256(String secret) throws IllegalArgumentException {
 return new HMACAlgorithm("HS256", "HmacSHA256", secret);
 }
 //...其他方法省略...
}
class HMACAlgorithm extends Algorithm {
 private final CryptoHelper crypto;
 private final byte[] secret；
 //...其他方法省略...
HMACAlgorithm(String id, String algorithm, byte[] secretBytes)
throws IllegalArgumentException {
this(new CryptoHelper(), id, algorithm, secretBytes);
}
//...其他方法省略..
}
public String sign(Algorithm algorithm) throws IllegalArgumentException,
JWTCreationException {
 if (algorithm == null) {
 throw new IllegalArgumentException("The Algorithm cannot be null.");
} else {
 this.headerClaims.put("alg", algorithm.getName());
 this.headerClaims.put("typ", "JWT");
 String signingKeyId = algorithm.getSigningKeyId();
 if (signingKeyId != null) {
 this.withKeyId(signingKeyId);
}
public final class JWTCreator {
 private final Algorithm algorithm;
 private final String headerJson;
 private final String payloadJson;
 private JWTCreator(Algorithm algorithm,
 Map<String, Object> headerClaims,
 Map<String, Object> payloadClaims) throws JWTCreationException {
 this.algorithm = algorithm;
 try {
 ObjectMApper mapper = new ObjectMapper();
 SimpleModule module = new SimpleModule();
 module.addSerializer(ClaimsHolder.class, new PayloadSerializer());
 mapper.registerModule(module);
 mapper.configure(MapperFeature.SORT_PROPERTIES_ALPHABETICALLY, true);
 this.headerJson = mapper.writeValueAsString(headerClaims);
 this.payloadJson =
 mapper.writeValueAsString(new ClaimsHolder(payloadClaims));
 } catch (JsonProcessingException var6) {
 throw new JWTCreationException(
 "Some of the Claims couldn't be converted to a valid JSON format.",
 var6);
 }
}
//...其他方法省略...

headerClaims是一個Map，包括兩個屬性typ和alg，typ值固定JWT，alg傳過來的簽名算法這里使用的

HmacSHA256簡稱HS256。typ和alg組成Header頭信息。

Payload載荷結構分析關鍵源碼如下：

public abstract class JWT {
 public JWT() {
 }
 public static DecodedJWT decode(String token) throws JWTDecodeException {
 return new JWTDecoder(token);
 }
 public static Verification require(Algorithm algorithm) {
 return JWTVerifier.init(algorithm);
 }
 public static Builder create() {
 return JWTCreator.init();
 }
}
public static class Builder {
 private final Map<String, Object> payloadClaims = new HashMap();
 private Map<String, Object> headerClaims = new HashMap();
 Builder() {
 }
 public JWTCreator.Builder withHeader(Map<String, Object> headerClaims) {
 this.headerClaims = new HashMap(headerClaims);
 return this;
 }
 public JWTCreator.Builder withKeyId(String keyId) {
 this.headerClaims.put("kid", keyId);
 return this;
 }
 public JWTCreator.Builder withIssuer(String issuer) {
 this.addClaim("iss", issuer);//簽發人
 return this;
 }
 public JWTCreator.Builder withSubject(String subject) {
 this.addClaim("sub", subject);//主題
 return this;
 }
 public JWTCreator.Builder withAudience(String... audience) {
 this.addClaim("aud", audience);//接受一方
 return this;
 }
 public JWTCreator.Builder withExpiresAt(Date expiresAt) {
 this.addClaim("exp", expiresAt);//過期時間
 return this;
 }
 public JWTCreator.Builder withNotBefore(Date notBefore) {
 this.addClaim("nbf", notBefore);//生效時間
 return this;
 }
 public JWTCreator.Builder withIssuedAt(Date issuedAt) {
 this.addClaim("iat", issuedAt);//簽發時間
 return this;
 }
 public JWTCreator.Builder withJWTId(String jwtId) {
 this.addClaim("jti", jwtId);//編號
 return this;
 }
 public JWTCreator.Builder withClaim(String name, Boolean value)
 throws IllegalArgumentException {
 this.assertNonNull(name);
 this.addClaim(name, value);
 return this;
 }
 public JWTCreator.Builder withClaim(String name, Integer value)
 throws IllegalArgumentException {
 this.assertNonNull(name);
 this.addClaim(name, value);
 return this;
 }
 //...其他方法省略...
}

Payload是一個json對象，存放需要傳遞的數據，JTW默認規定了幾個屬性，如果需要添加其他屬性可以調用其重載方法witchClaim()添加。

Signature簽名部分源碼如下：

private String sign() throws SignatureGenerationException {
 String header = Base64.encodeBase64URLSafeString(
 this.headerJson.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
 String payload = Base64.encodeBase64URLSafeString(
 this.payloadJson.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
 String content = String.format("%s.%s", header, payload);
 byte[] signatureBytes = this.algorithm.sign(
 content.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
 String signature = Base64.encodeBase64URLSafeString(signatureBytes);
 return String.format("%s.%s", content, signature);
}

從這里可以看出，所謂token就是分別對header和payload的json字符串做Base64加密得到a和b，并將結果拼接一起，在進行簽名得到c，最終把a、b、c三部分內容以點拼接起來形成token，返回客戶端保存，客戶端以后每次請求都在header中加入token，服務器采用攔截器方式獲取header中的token做校驗，識別用戶。

三、示例

3.1 數據準備

創建用戶表