详细介绍一下Apache Shiro的实现原理?

经验文章nimo972025-03-06 13:35:049A⁺A^-

Apache Shiro是一个强大、灵活的Java安全框架，设计目标是简化复杂的安全需求，提供灵活的 API，使开发者能方便地将安全功能集成到任何应用中。主要作用是用于管理身份验证、授权、会话管理和加密等功能。

其核心内容主要可以分为三个部分身份验证（Authentication）、授权（Authorization） 和 会话管理（Session Management）。下面我们就来详细介绍一下这三个主要的部分。

身份验证（Authentication）

身份验证是指对用户身份进行验证，也就是判断用户是否是他们所声称的身份。在Shiro中通过Subject 和 SecurityManager 来处理身份验证过程。

Subject是Shiro操作的入口，代表当前的用户，是在Shiro中的一个核心概念。无论是人类用户、后台服务、还是第三方应用系统都可以用它来表示。每个Subject都代表一个能够与应用交互的实体。
SecurityManager是Shiro的核心组件之一，负责管理所有的安全操作，有点类似于Spring中的ApplicationContext，在Shiro中几乎所有的安全相关的操作都由SecurityManager来协调，包括认证、授权和会话管理。

身份验证流程

在Shiro中身份验证流程主要包括的如下的几个步骤，

第一步、用户通过调用 Subject.login(token) 方法进行登录。
第二步、SecurityManager接收登录请求，并将其委派给Authenticator来处理。
第三步、Authenticator使用Realm来验证用户身份信息，Realm是Shiro中用于连接真实数据源的组件，它从数据库或其他数据源获取用户信息并进行验证。
第四步、如果验证通过，Shiro将为当前用户创建一个关联的Subject并存储登录信息。

其中Token主要是表示用户的凭证，如用户名/密码等信息，Realm是负责验证用户身份。可以对接数据库、LDAP、文件等存储。Authenticator是实际执行身份验证逻辑的组件，负责通过Realm进行认证。

授权（Authorization）

授权的核心是角色和权限的概念，是指判断用户是否有权访问某个资源或执行某个操作。其中角色的概念是指是一组权限的集合，一个用户可以被赋予多个角色，每个角色对应一组权限。而权限则是指权限是比角色更细粒度的控制，具体可以表现为如“查看用户”、“删除文件”等操作的能力。

授权流程

在用户登录成功之后，接下来就是按照授权的步骤进行授权，授权主要分为如下的几个步骤操作。

第一步、在用户成功登录后，Shiro通过SecurityManager来决定用户是否拥有某些权限或角色。
第二步、SecurityManager 将授权请求交由Authorizer组件处理。
第三步、Authorizer通过Realm来检查用户是否具备访问某个资源的权限或角色。Realm可以从数据库等持久化存储中读取用户的权限和角色信息。
第四步、如果授权失败，Shiro将抛出AuthorizationException。

其中Permission表示了具体的用户操作权限，一个角色可以包含很多的权限，而Authorizer就是一个用户授权器，主要作用就是用于校验用户是否具备某些权限或角色。

会话管理（Session Management）

在Shiro中具有独立的会话管理机制，它不依赖于Web容器的会话管理，提供了提供了与 Web 容器无关的会话 API，用于管理用户的会话。

Shiro的会话管理Session API 与 HttpSession 类似，但是相比较而言更加的通用，适用于所有类型的应用，不仅限于 Web 应用。

通过SessionManager来管理会话的生命周期，包括会话创建、维护、失效等。在SessionManager中提供了多种会话存储机制，包括内存存储、数据库存储、分布式缓存等。有兴趣的读者可以自己研究一下。

会话管理流程

当用户登录后，Shiro会为该用户分配一个Session。通过Subject.getSession()方法，可以获取当前会话并进行操作，如存储或读取会话属性等操作。而SessionManager负责管理Session 的生命周期，包括创建、销毁和失效等操作。

加密（Cryptography）

Shiro提供了内置的加密功能，用于对敏感数据进行加密存储或传输。Shiro提供了对称加密、非对称加密等多种加密方式，以及提供了HashService、CipherService方便开发者直接使用加密服务。

扩展性与自定义

开发者可以继承 Shiro 的 Realm 接口，连接自定义的数据源（如数据库、LDAP 或文件），并实现自定义的身份验证和授权逻辑。并且在Shiro中也支持了缓存机制（如 EhCache、Redis 等），通过缓存减少对数据库或数据源的访问，提升性能。可以与Spring、MyBatis等框架集成，并支持分布式环境下的会话和权限管理。