前言
Spring Seuciry相关的内容看了实在是太多了，但总觉得还是理解地不够巩固，还是需要靠知识输出做巩固。
相关版本：
java: jdk 8
spring-boot: 2.1.6.RELEASE 过滤器链和认证过程
一个认证过程，其实就是过滤器链上的一个绿色矩形Filter所要执行的过程。
基本的认证过程有三步骤：
- Filter拦截请求，生成一个未认证的
Authentication，交由AuthenticationManager进行认证； AuthenticationManager的默认实现ProviderManager会通过AuthenticationProvider对Authentication进行认证，其本身不做认证处理；- 如果认证通过，则创建一个认证通过的
Authentication返回；否则抛出异常，以表示认证不通过。
要理解这个过程，可以从类UsernamePasswordAuthenticationFilter，ProviderManager，DaoAuthenticationProvider和InMemoryUserDetailsManager（UserDetailsService实现类，由UserDetailsServiceAutoConfiguration默认配置提供）进行了解。只要创建一个含有spring-boot-starter-security的springboot项目，在适当地打上断点接口看到这个流程。
用认证部门进行讲解
请求到前台之后，负责该请求的前台会将请求的内容封装为一个Authentication对象交给认证管理部门，认证管理部门仅管理认证部门，不做具体的认证操作，具体的操作由与该前台相关的认证部门进行处理。当然，每个认证部门需要判断Authentication是否为该部门负责，是则由该部门负责处理，否则交给下一个部门处理。认证部门认证成功之后会创建一个认证通过的Authentication返回。否则要么抛出异常表示认证不通过，要么交给下一个部门处理。
如果需要新增认证类型，只要增加相应的前台(Filter)和与该前台(Filter)想对应的认证部门(AuthenticationProvider)就即可，当然也可以增加一个与已有前台对应的认证部门。认证部门会通过前台生成的Authentication来判断该认证是否由该部门负责，因而也许提供一个两者相互认同的Authentication.
认证部门需要人员资料时，则可以从人员资料部门获取。不同的系统有不同的人员资料部门，需要我们提供该人员资料部门，否则将拿到空白档案。当然，人员资料部门不一定是唯一的，认证部门可以有自己的专属资料部门。
上图还可以有如下的画法：
这个画法可能会和FilterChain更加符合。每一个前台其实就是FilterChain中的一个，客户拿着请求逐个前台请求认证，找到正确的前台之后进行认证判断。
前台（Filter）
这里的前台Filter仅仅指实现认证的Filter，Spring Security Filter Chain中处理这些Filter还有其他的Filter，比如CsrfFilter。如果非要给角色给他们，那么就当他们是保安人员吧。
Spring Security为我们提供了3个已经实现的Filter。UsernamePasswordAuthenticationFilter，BasicAuthenticationFilter和 RememberMeAuthenticationFilter。如果不做任何个性化的配置，UsernamePasswordAuthenticationFilter和BasicAuthenticationFilter会在默认的过滤器链中。这两种认证方式也就是默认的认证方式。
UsernamePasswordAuthenticationFilter仅仅会对/login路径生效，也就是说UsernamePasswordAuthenticationFilter负责发布认证，发布认证的接口为/login。
public class UsernamePasswordAuthenticationFilter extends
AbstractAuthenticationProcessingFilter {
...
public UsernamePasswordAuthenticationFilter() {
super(new AntPathRequestMatcher("/login", "POST"));
}
...
}UsernamePasswordAuthenticationFilter为抽象类AbstractAuthenticationProcessingFilter的一个实现，而BasicAuthenticationFilter为抽象类BasicAuthenticationFilter的一个实现。这四个类的源码提供了不错的前台(Filter)实现思路。
AbstractAuthenticationProcessingFilter
AbstractAuthenticationProcessingFilter 提供了认证前后需要做的事情，其子类只需要提供实现完成认证的抽象方法attemptAuthentication(HttpServletRequest, HttpServletResponse)即可。使用AbstractAuthenticationProcessingFilter时，需要提供一个拦截路径（使用AntPathMatcher进行匹配）来拦截对应的特定的路径。
UsernamePasswordAuthenticationFilter
UsernamePasswordAuthenticationFilter作为实际的前台，会将客户端提交的username和password封装成一个UsernamePasswordAuthenticationToken交给认证管理部门(AuthenticationManager)进行认证。如此，她的任务就完成了。
BasicAuthenticationFilter
该前台(Filter)只会处理含有Authorization的Header，且小写化后的值以basic开头的请求，否则该前台(Filter)不负责处理。该Filter会从header中获取Base64编码之后的username和password，创建UsernamePasswordAuthenticationToken提供给认证管理部门(AuthenticationMananager)进行认证。
认证资料（Authentication）
前台接到请求之后，会从请求中获取所需的信息，创建自家认证部门(AuthenticationProvider)所认识的认证资料(Authentication)，认证部门(AuthenticationProvider)则主要是通过认证资料(Authentication)的类型判断是否由该部门处理。
public interface Authentication extends Principal, Serializable {
// 该principal具有的权限。AuthorityUtils工具类提供了一些方便的方法。
Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();
// 证明Principal的身份的证书，比如密码。
Object getCredentials();
// authentication request的附加信息，比如ip。
Object getDetails();
// 当事人。在username+password模式中为username，在有userDetails之后可以为userDetails。
Object getPrincipal();
// 是否已经通过认证。
boolean isAuthenticated();
// 设置通过认证。
void setAuthenticated(boolean isAuthenticated) throws IllegalArgumentException;
}在Authentication被认证之后，会保存到一个thread-local的SecurityContext中。
// 设置
SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(anAuthentication);
// 获取
Authentication existingAuth = SecurityContextHolder.getContext()
.getAuthentication();在写前台Filter的时候，可以先检查SecurityContextHolder.getContext()中是否已经存在通过认证的Authentication了，如果存在，则可以直接跳过该Filter。已经通过验证的Authentication建议设置为一个不可修改的实例。
目前从Authentication的类图中看到的实现类，均为Authentication的抽象子类AbstractAuthenticationToken的实现类。实现类有好几个，与前面的讲到的Filter相关的有UsernamePasswordAuthenticationToken和RememberMeAuthenticationToken。
AbstractAuthenticationToken为CredentialsContainer和Authentication的子类。实现了一些简单的方法，但主要的方法还需要实现。该类的getName()方法的实现可以看到常用的principal类为UserDetails、AuthenticationPrincipal和Princial。如果有需要将对象设置为principal，可以考虑继承这三个类中的一个。
public String getName() {
if (this.getPrincipal() instanceof UserDetails) {
return ((UserDetails) this.getPrincipal()).getUsername();
}
if (this.getPrincipal() instanceof AuthenticatedPrincipal) {
return ((AuthenticatedPrincipal) this.getPrincipal()).getName();
}
if (this.getPrincipal() instanceof Principal) {
return ((Principal) this.getPrincipal()).getName();
}
return (this.getPrincipal() == null) ? "" : this.getPrincipal().toString();
}认证管理部门(AuthenticationManager)
AuthenticationManager是一个接口，认证Authentication，如果认证通过之后，返回的Authentication应该带上该principal所具有的GrantedAuthority。
public interface AuthenticationManager {
Authentication authenticate(Authentication authentication)
throws AuthenticationException;
}该接口的注释中说明，必须按照如下的异常顺序进行检查和抛出：
DisabledException：账号不可用LockedException：账号被锁BadCredentialsException：证书不正确
Spring Security提供一个默认的实现ProviderManager。认证管理部门(ProviderManager)仅执行管理职能，具体的认证职能由认证部门(AuthenticationProvider)执行。
public class ProviderManager implements AuthenticationManager, MessageSourceAware,
InitializingBean {
...
public ProviderManager(List<AuthenticationProvider> providers) {
this(providers, null);
}
public ProviderManager(List<AuthenticationProvider> providers,
AuthenticationManager parent) {
Assert.notNull(providers, "providers list cannot be null");
this.providers = providers;
this.parent = parent;
checkState();
}
public Authentication authenticate(Authentication authentication)
throws AuthenticationException {
Class<? extends Authentication> toTest = authentication.getClass();
AuthenticationException lastException = null;
AuthenticationException parentException = null;
Authentication result = null;
Authentication parentResult = null;
boolean debug = logger.isDebugEnabled();
for (AuthenticationProvider provider : getProviders()) {
// #1, 检查是否由该认证部门进行认证`AuthenticationProvider`
if (!provider.supports(toTest)) {
continue;
}
if (debug) {
logger.debug("Authentication attempt using "
+ provider.getClass().getName());
}
try {
// #2, 认证部门进行认证
result = provider.authenticate(authentication);
if (result != null) {
copyDetails(authentication, result);
// #3，认证通过则不再进行下一个认证部门的认证，否则抛出的异常被捕获，执行下一个认证部门(AuthenticationProvider)
break;
}
}
catch (AccountStatusException e) {
prepareException(e, authentication);
// SEC-546: Avoid polling additional providers if auth failure is due to
// invalid account status
throw e;
}
catch (InternalAuthenticationServiceException e) {
prepareException(e, authentication);
throw e;
}
catch (AuthenticationException e) {
lastException = e;
}
}
if (result == null && parent != null) {
// Allow the parent to try.
try {
result = parentResult = parent.authenticate(authentication);
}
catch (ProviderNotFoundException e) {
// ignore as we will throw below if no other exception occurred prior to
// calling parent and the parent
// may throw ProviderNotFound even though a provider in the child already
// handled the request
}
catch (AuthenticationException e) {
lastException = parentException = e;
}
}
// #4, 如果认证通过，执行认证通过之后的操作
if (result != null) {
if (eraseCredentialsAfterAuthentication
&& (result instanceof CredentialsContainer)) {
// Authentication is complete. Remove credentials and other secret data
// from authentication
((CredentialsContainer) result).eraseCredentials();
}
// If the parent AuthenticationManager was attempted and successful than it will publish an AuthenticationSuccessEvent
// This check prevents a duplicate AuthenticationSuccessEvent if the parent AuthenticationManager already published it
if (parentResult == null) {
eventPublisher.publishAuthenticationSuccess(result);
}
return result;
}
// Parent was null, or didn't authenticate (or throw an exception).
// #5，如果认证不通过，必然有抛出异常，否则表示没有配置相应的认证部门(AuthenticationProvider)
if (lastException == null) {
lastException = new ProviderNotFoundException(messages.getMessage(
"ProviderManager.providerNotFound",
new Object[] { toTest.getName() },
"No AuthenticationProvider found for {0}"));
}
// If the parent AuthenticationManager was attempted and failed than it will publish an AbstractAuthenticationFailureEvent
// This check prevents a duplicate AbstractAuthenticationFailureEvent if the parent AuthenticationManager already published it
if (parentException == null) {
prepareException(lastException, authentication);
}
throw lastException;
}
...
}- 遍历所有的认证部门(AuthenticationProvider)，找到支持的认证部门进行认证
- 认证部门进行认证
- 认证通过则不再进行下一个认证部门的认证，否则抛出的异常被捕获，执行下一个认证部门(AuthenticationProvider)
- 如果认证通过，执行认证通过之后的操作
- 如果认证不通过，必然有抛出异常，否则表示没有配置相应的认证部门(AuthenticationProvider)
当使用到Spring Security OAuth2的时候，会看到另一个实现OAuth2AuthenticationManager。
认证部门(AuthenticationProvider)
认证部门(AuthenticationProvider)负责实际的认证工作，与认证管理部门(ProvderManager)协同工作。也许其他的认证管理部门(AuthenticationManager)并不需要认证部门(AuthenticationProvider)的协作。
public interface AuthenticationProvider {
// 进行认证
Authentication authenticate(Authentication authentication)
throws AuthenticationException;
// 是否由该AuthenticationProvider进行认证
boolean supports(Class<?> authentication);
}该接口有很多的实现类，其中包含了RememberMeAuthenticationProvider（直接AuthenticationProvider）和DaoAuthenticationProvider（通过AbstractUserDetailsAuthenticationProvider简介继承）。这里重点讲讲AbstractUserDetailsAuthenticationProvider和DaoAuthenticationProvider。
AbstractUserDetailsAuthenticationProvider
顾名思义，AbstractUserDetailsAuthenticationProvider是对UserDetails支持的Provider，其他的Provider，如RememberMeAuthenticationProvider就不需要用到UserDetails。该抽象类有两个抽象方法需要实现类完成：
// 获取 UserDetails
protected abstract UserDetails retrieveUser(String username,
UsernamePasswordAuthenticationToken authentication)
throws AuthenticationException;
protected abstract void additionalAuthenticationChecks(UserDetails userDetails,
UsernamePasswordAuthenticationToken authentication)
throws AuthenticationException;retrieveUser()方法为校验提供UserDetails。先看下UserDetails：
public interface UserDetails extends Serializable {
Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();
String getPassword();
String getUsername();
// 账号是否过期
boolean isAccountNonExpired();
// 账号是否被锁
boolean isAccountNonLocked();
// 证书(password)是否过期
boolean isCredentialsNonExpired();
// 账号是否可用
boolean isEnabled();
}AbstractUserDetailsAuthenticationProvider#authentication(Authentication)分为三步验证：
- preAuthenticationChecks.check(user);
- additionalAuthenticationChecks(user,
(UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication); - postAuthenticationChecks.check(user);
preAuthenticationChecks的默认实现为DefaultPreAuthenticationChecks，负责完成校验：
UserDetails#isAccountNonLocked()UserDetails#isEnabled()UserDetails#isAccountNonExpired()
postAuthenticationChecks的默认实现为DefaultPostAuthenticationChecks，负责完成校验：
UserDetails#user.isCredentialsNonExpired()
additionalAuthenticationChecks需要由实现类完成。
校验成功之后，AbstractUserDetailsAuthenticationProvider会创建并返回一个通过认证的Authentication。
protected Authentication createSuccessAuthentication(Object principal,
Authentication authentication, UserDetails user) {
// Ensure we return the original credentials the user supplied,
// so subsequent attempts are successful even with encoded passwords.
// Also ensure we return the original getDetails(), so that future
// authentication events after cache expiry contain the details
UsernamePasswordAuthenticationToken result = new UsernamePasswordAuthenticationToken(
principal, authentication.getCredentials(),
authoritiesMapper.mapAuthorities(user.getAuthorities()));
result.setDetails(authentication.getDetails());
return result;
}DaoAuthenticationProvider
如下为DaoAuthenticationProvider对AbstractUserDetailsAuthenticationProvider抽象方法的实现。
// 检查密码是否正确
protected void additionalAuthenticationChecks(UserDetails userDetails,
UsernamePasswordAuthenticationToken authentication)
throws AuthenticationException {
if (authentication.getCredentials() == null) {
logger.debug("Authentication failed: no credentials provided");
throw new BadCredentialsException(messages.getMessage(
"AbstractUserDetailsAuthenticationProvider.badCredentials",
"Bad credentials"));
}
String presentedPassword = authentication.getCredentials().toString();
if (!passwordEncoder.matches(presentedPassword, userDetails.getPassword())) {
logger.debug("Authentication failed: password does not match stored value");
throw new BadCredentialsException(messages.getMessage(
"AbstractUserDetailsAuthenticationProvider.badCredentials",
"Bad credentials"));
}
}
// 通过资料室(UserDetailsService)获取UserDetails对象
protected final UserDetails retrieveUser(String username,
UsernamePasswordAuthenticationToken authentication)
throws AuthenticationException {
prepareTimingAttackProtection();
try {
UserDetails loadedUser = this.getUserDetailsService().loadUserByUsername(username);
if (loadedUser == null) {
throw new InternalAuthenticationServiceException(
"UserDetailsService returned null, which is an interface contract violation");
}
return loadedUser;
}
...
}在以上的代码中，需要提供UserDetailsService和PasswordEncoder实例。只要实例化这两个类，并放入到Spring容器中即可。
资料部门(UserDetailsService)
UserDetailsService接口提供认证过程所需的UserDetails的类，如DaoAuthenticationProvider需要一个UserDetailsService实例。
public interface UserDetailsService {
UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException;
}Spring Security提供了两个UserDetailsService的实现：InMemoryUserDetailsManager和JdbcUserDetailsManager。InMemoryUserDetailsManager为默认配置，从UserDetailsServiceAutoConfiguration的配置中可以看出。当然也不容易理解，基于数据库的实现需要增加数据库的配置，不适合做默认实现。这两个类均为UserDetailsManager的实现类，UserDetailsManager定义了UserDetails的CRUD操作。InMemoryUserDetailsManager使用Map<String, MutableUserDetails>做存储。
public interface UserDetailsManager extends UserDetailsService {
void createUser(UserDetails user);
void updateUser(UserDetails user);
void deleteUser(String username);
void changePassword(String oldPassword, String newPassword);
boolean userExists(String username);
}如果我们需要增加一个UserDetailsService，可以考虑实现UserDetailsService或者UserDetailsManager。
增加一个认证流程
到这里，我们已经知道Spring Security的流程了。从上面的内容可以知道，如要增加一个新的认证方式，只要增加一个[前台(Filter) + 认证部门(AuthenticationProvider) + 资料室(UserDetailsService)]组合即可。事实上，资料室(UserDetailsService)不是必须的，可根据认证部门(AuthenticationProvider)需要实现。
我会在另一篇文章中以手机号码+验证码登录为例进行讲解。
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