第六章 Realm及相关对象——《跟我学Shiro》

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6.1 Realm

【2.5 Realm】及【3.5 Authorizer】部分都已经详细介绍过Realm了，接下来再来看一下一般真实环境下的Realm如何实现。

1、定义实体及关系

即用户-角色之间是多对多关系，角色-权限之间是多对多关系；且用户和权限之间通过角色建立关系；在系统中验证时通过权限验证，角色只是权限集合，即所谓的显示角色；其实权限应该对应到资源（如菜单、URL、页面按钮、Java方法等）中，即应该将权限字符串存储到资源实体中，但是目前为了简单化，直接提取一个权限表，【综合示例】部分会使用完整的表结构。

用户实体包括：编号(id)、用户名(username)、密码(password)、盐(salt)、是否锁定(locked)；是否锁定用于封禁用户使用，其实最好使用Enum字段存储，可以实现更复杂的用户状态实现。

角色实体包括：、编号(id)、角色标识符（role）、描述（description）、是否可用（available）；其中角色标识符用于在程序中进行隐式角色判断的，描述用于以后再前台界面显示的、是否可用表示角色当前是否激活。

权限实体包括：编号（id）、权限标识符（permission）、描述（description）、是否可用（available）；含义和角色实体类似不再阐述。

另外还有两个关系实体：用户-角色实体（用户编号、角色编号，且组合为复合主键）；角色-权限实体（角色编号、权限编号，且组合为复合主键）。

sql及实体请参考源代码中的sql\shiro.sql 和 com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.entity对应的实体。

2、环境准备

为了方便数据库操作，使用了“org.springframework: spring-jdbc: 4.0.0.RELEASE”依赖，虽然是spring4版本的，但使用上和spring3无区别。其他依赖请参考源码的pom.xml。

3、定义Service及Dao

为了实现的简单性，只实现必须的功能，其他的可以自己实现即可。

PermissionService

public interface PermissionService {
    public Permission createPermission(Permission permission);
    public void deletePermission(Long permissionId);
}

实现基本的创建/删除权限。

RoleService 

public interface RoleService {
    public Role createRole(Role role);
    public void deleteRole(Long roleId);
    //添加角色-权限之间关系
    public void correlationPermissions(Long roleId, Long... permissionIds);
    //移除角色-权限之间关系
    public void uncorrelationPermissions(Long roleId, Long... permissionIds);//
} 

相对于PermissionService多了关联/移除关联角色-权限功能。

UserService 

public interface UserService {
    public User createUser(User user); //创建账户
    public void changePassword(Long userId, String newPassword);//修改密码
    public void correlationRoles(Long userId, Long... roleIds); //添加用户-角色关系
    public void uncorrelationRoles(Long userId, Long... roleIds);// 移除用户-角色关系
    public User findByUsername(String username);// 根据用户名查找用户
    public Set<String> findRoles(String username);// 根据用户名查找其角色
    public Set<String> findPermissions(String username); //根据用户名查找其权限
} 

此处使用findByUsername、findRoles及findPermissions来查找用户名对应的帐号、角色及权限信息。之后的Realm就使用这些方法来查找相关信息。

UserServiceImpl  

public User createUser(User user) {
    //加密密码
    passwordHelper.encryptPassword(user);
    return userDao.createUser(user);
}
public void changePassword(Long userId, String newPassword) {
    User user =userDao.findOne(userId);
    user.setPassword(newPassword);
    passwordHelper.encryptPassword(user);
    userDao.updateUser(user);
} 

在创建账户及修改密码时直接把生成密码操作委托给PasswordHelper。

PasswordHelper

public class PasswordHelper {
    private RandomNumberGenerator randomNumberGenerator =
     new SecureRandomNumberGenerator();
    private String algorithmName = "md5";
    private final int hashIterations = 2;
    public void encryptPassword(User user) {
        user.setSalt(randomNumberGenerator.nextBytes().toHex());
        String newPassword = new SimpleHash(
                algorithmName,
                user.getPassword(),
                ByteSource.Util.bytes(user.getCredentialsSalt()),
                hashIterations).toHex();
        user.setPassword(newPassword);
    }
} 

之后的CredentialsMatcher需要和此处加密的算法一样。user.getCredentialsSalt()辅助方法返回username+salt。

为了节省篇幅，对于DAO/Service的接口及实现，具体请参考源码com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6。另外请参考Service层的测试用例com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.service.ServiceTest。

4、定义Realm

RetryLimitHashedCredentialsMatcher 

和第五章的一样，在此就不罗列代码了，请参考源码com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.credentials.RetryLimitHashedCredentialsMatcher。

UserRealm

另外请参考Service层的测试用例com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.service.ServiceTest。 

public class UserRealm extends AuthorizingRealm {
    private UserService userService = new UserServiceImpl();
    protected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principals) {
        String username = (String)principals.getPrimaryPrincipal();
        SimpleAuthorizationInfo authorizationInfo = new SimpleAuthorizationInfo();
        authorizationInfo.setRoles(userService.findRoles(username));
        authorizationInfo.setStringPermissions(userService.findPermissions(username));
        return authorizationInfo;
    }
    protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        String username = (String)token.getPrincipal();
        User user = userService.findByUsername(username);
        if(user == null) {
            throw new UnknownAccountException();//没找到帐号
        }
        if(Boolean.TRUE.equals(user.getLocked())) {
            throw new LockedAccountException(); //帐号锁定
        }
        //交给AuthenticatingRealm使用CredentialsMatcher进行密码匹配，如果觉得人家的不好可以在此判断或自定义实现
        SimpleAuthenticationInfo authenticationInfo = new SimpleAuthenticationInfo(
                user.getUsername(), //用户名
                user.getPassword(), //密码
                ByteSource.Util.bytes(user.getCredentialsSalt()),//salt=username+salt
                getName()  //realm name
        );
        return authenticationInfo;
    }
} 

1、UserRealm父类AuthorizingRealm将获取Subject相关信息分成两步：获取身份验证信息（doGetAuthenticationInfo）及授权信息（doGetAuthorizationInfo）；

2、doGetAuthenticationInfo获取身份验证相关信息：首先根据传入的用户名获取User信息；然后如果user为空，那么抛出没找到帐号异常UnknownAccountException；如果user找到但锁定了抛出锁定异常LockedAccountException；最后生成AuthenticationInfo信息，交给间接父类AuthenticatingRealm使用CredentialsMatcher进行判断密码是否匹配，如果不匹配将抛出密码错误异常IncorrectCredentialsException；另外如果密码重试此处太多将抛出超出重试次数异常ExcessiveAttemptsException；在组装SimpleAuthenticationInfo信息时，需要传入：身份信息（用户名）、凭据（密文密码）、盐（username+salt），CredentialsMatcher使用盐加密传入的明文密码和此处的密文密码进行匹配。

3、doGetAuthorizationInfo获取授权信息：PrincipalCollection是一个身份集合，因为我们现在就一个Realm，所以直接调用getPrimaryPrincipal得到之前传入的用户名即可；然后根据用户名调用UserService接口获取角色及权限信息。

5、测试用例

为了节省篇幅，请参考测试用例com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.UserRealmTest。包含了：登录成功、用户名错误、密码错误、密码超出重试次数、有/没有角色、有/没有权限的测试。

6.2 AuthenticationToken

AuthenticationToken用于收集用户提交的身份（如用户名）及凭据（如密码）：

public interface AuthenticationToken extends Serializable {
    Object getPrincipal(); //身份
    Object getCredentials(); //凭据
} 

扩展接口RememberMeAuthenticationToken：提供了“boolean isRememberMe()”现“记住我”的功能；

扩展接口是HostAuthenticationToken：提供了“String getHost()”方法用于获取用户“主机”的功能。

Shiro提供了一个直接拿来用的UsernamePasswordToken，用于实现用户名/密码Token组，另外其实现了RememberMeAuthenticationToken和HostAuthenticationToken，可以实现记住我及主机验证的支持。

6.3 AuthenticationInfo

AuthenticationInfo有两个作用：

1、如果Realm是AuthenticatingRealm子类，则提供给AuthenticatingRealm内部使用的CredentialsMatcher进行凭据验证；（如果没有继承它需要在自己的Realm中自己实现验证）；

2、提供给SecurityManager来创建Subject（提供身份信息）；

MergableAuthenticationInfo用于提供在多Realm时合并AuthenticationInfo的功能，主要合并Principal、如果是其他的如credentialsSalt，会用后边的信息覆盖前边的。

比如HashedCredentialsMatcher，在验证时会判断AuthenticationInfo是否是SaltedAuthenticationInfo子类，来获取盐信息。

Account相当于我们之前的User，SimpleAccount是其一个实现；在IniRealm、PropertiesRealm这种静态创建帐号信息的场景中使用，这些Realm直接继承了SimpleAccountRealm，而SimpleAccountRealm提供了相关的API来动态维护SimpleAccount；即可以通过这些API来动态增删改查SimpleAccount；动态增删改查角色/权限信息。及如果您的帐号不是特别多，可以使用这种方式，具体请参考SimpleAccountRealm Javadoc。

其他情况一般返回SimpleAuthenticationInfo即可。

6.4 PrincipalCollection

因为我们可以在Shiro中同时配置多个Realm，所以呢身份信息可能就有多个；因此其提供了PrincipalCollection用于聚合这些身份信息：

public interface PrincipalCollection extends Iterable, Serializable {
    Object getPrimaryPrincipal(); //得到主要的身份
    <T> T oneByType(Class<T> type); //根据身份类型获取第一个
    <T> Collection<T> byType(Class<T> type); //根据身份类型获取一组
    List asList(); //转换为List
    Set asSet(); //转换为Set
    Collection fromRealm(String realmName); //根据Realm名字获取
    Set<String> getRealmNames(); //获取所有身份验证通过的Realm名字
    boolean isEmpty(); //判断是否为空
} 

因为PrincipalCollection聚合了多个，此处最需要注意的是getPrimaryPrincipal，如果只有一个Principal那么直接返回即可，如果有多个Principal，则返回第一个（因为内部使用Map存储，所以可以认为是返回任意一个）；oneByType / byType根据凭据的类型返回相应的Principal；fromRealm根据Realm名字（每个Principal都与一个Realm关联）获取相应的Principal。

MutablePrincipalCollection是一个可变的PrincipalCollection接口，即提供了如下可变方法：

public interface MutablePrincipalCollection extends PrincipalCollection {
    void add(Object principal, String realmName); //添加Realm-Principal的关联
    void addAll(Collection principals, String realmName); //添加一组Realm-Principal的关联
    void addAll(PrincipalCollection principals);//添加PrincipalCollection
    void clear();//清空
} 

目前Shiro只提供了一个实现SimplePrincipalCollection，还记得之前的AuthenticationStrategy实现嘛，用于在多Realm时判断是否满足条件的，在大多数实现中（继承了AbstractAuthenticationStrategy）afterAttempt方法会进行AuthenticationInfo（实现了MergableAuthenticationInfo）的merge，比如SimpleAuthenticationInfo会合并多个Principal为一个PrincipalCollection。

对于PrincipalMap是Shiro 1.2中的一个实验品，暂时无用，具体可以参考其Javadoc。接下来通过示例来看看PrincipalCollection。

1、准备三个Realm

MyRealm1

public class MyRealm1 implements Realm {
    @Override
    public String getName() {
        return "a"; //realm name 为 “a”
    }
    //省略supports方法，具体请见源码
    @Override
    public AuthenticationInfo getAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        return new SimpleAuthenticationInfo(
                "zhang", //身份 字符串类型
                "123",   //凭据
                getName() //Realm Name
        );
    }
}

MyRealm2 

和MyRealm1完全一样，只是Realm名字为b。

MyRealm3

public class MyRealm3 implements Realm {
    @Override
    public String getName() {
        return "c"; //realm name 为 “c”
    }
    //省略supports方法，具体请见源码
    @Override
    public AuthenticationInfo getAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        User user = new User("zhang", "123");
        return new SimpleAuthenticationInfo(
                user, //身份 User类型
                "123",   //凭据
                getName() //Realm Name
        );
    }
} 

和MyRealm1同名，但返回的Principal是User类型。

2、ini配置（shiro-multirealm.ini）

[main]
realm1=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.MyRealm1
realm2=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.MyRealm2
realm3=com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.MyRealm3
securityManager.realms=$realm1,$realm2,$realm3 

3、测试用例（com.github.zhangkaitao.shiro.chapter6.realm.PrincialCollectionTest）

因为我们的Realm中没有进行身份及凭据验证，所以相当于身份验证都是成功的，都将返回：

Object primaryPrincipal1 = subject.getPrincipal();
PrincipalCollection princialCollection = subject.getPrincipals();
Object primaryPrincipal2 = princialCollection.getPrimaryPrincipal(); 

我们可以直接调用subject.getPrincipal获取PrimaryPrincipal（即所谓的第一个）；或者通过getPrincipals获取PrincipalCollection；然后通过其getPrimaryPrincipal获取PrimaryPrincipal。

Set<String> realmNames = princialCollection.getRealmNames();

获取所有身份验证成功的Realm名字。      

Set<Object> principals = princialCollection.asSet(); //asList和asSet的结果一样

将身份信息转换为Set/List，即使转换为List，也是先转换为Set再完成的。

Collection<User> users = princialCollection.fromRealm("c");

根据Realm名字获取身份，因为Realm名字可以重复，所以可能多个身份，建议Realm名字尽量不要重复。

6.4 AuthorizationInfo

AuthorizationInfo用于聚合授权信息的：

public interface AuthorizationInfo extends Serializable {
    Collection<String> getRoles(); //获取角色字符串信息
    Collection<String> getStringPermissions(); //获取权限字符串信息
    Collection<Permission> getObjectPermissions(); //获取Permission对象信息
} 

当我们使用AuthorizingRealm时，如果身份验证成功，在进行授权时就通过doGetAuthorizationInfo方法获取角色/权限信息用于授权验证。

Shiro提供了一个实现SimpleAuthorizationInfo，大多数时候使用这个即可。

对于Account及SimpleAccount，之前的【6.3 AuthenticationInfo】已经介绍过了，用于SimpleAccountRealm子类，实现动态角色/权限维护的。

6.5 Subject

Subject是Shiro的核心对象，基本所有身份验证、授权都是通过Subject完成。

1、身份信息获取

Object getPrincipal(); //Primary Principal
PrincipalCollection getPrincipals(); // PrincipalCollection 

2、身份验证

void login(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException;
boolean isAuthenticated();
boolean isRemembered();

通过login登录，如果登录失败将抛出相应的AuthenticationException，如果登录成功调用isAuthenticated就会返回true，即已经通过身份验证；如果isRemembered返回true，表示是通过记住我功能登录的而不是调用login方法登录的。isAuthenticated/isRemembered是互斥的，即如果其中一个返回true，另一个返回false。

3、角色授权验证 

boolean hasRole(String roleIdentifier);
boolean[] hasRoles(List<String> roleIdentifiers);
boolean hasAllRoles(Collection<String> roleIdentifiers);
void checkRole(String roleIdentifier) throws AuthorizationException;
void checkRoles(Collection<String> roleIdentifiers) throws AuthorizationException;
void checkRoles(String... roleIdentifiers) throws AuthorizationException; 

hasRole*进行角色验证，验证后返回true/false；而checkRole*验证失败时抛出AuthorizationException异常。 

4、权限授权验证

boolean isPermitted(String permission);
boolean isPermitted(Permission permission);
boolean[] isPermitted(String... permissions);
boolean[] isPermitted(List<Permission> permissions);
boolean isPermittedAll(String... permissions);
boolean isPermittedAll(Collection<Permission> permissions);
void checkPermission(String permission) throws AuthorizationException;
void checkPermission(Permission permission) throws AuthorizationException;
void checkPermissions(String... permissions) throws AuthorizationException;
void checkPermissions(Collection<Permission> permissions) throws AuthorizationException;

isPermitted*进行权限验证，验证后返回true/false；而checkPermission*验证失败时抛出AuthorizationException。

5、会话

Session getSession(); //相当于getSession(true)
Session getSession(boolean create);  

类似于Web中的会话。如果登录成功就相当于建立了会话，接着可以使用getSession获取；如果create=false如果没有会话将返回null，而create=true如果没有会话会强制创建一个。

6、退出 

void logout();

7、RunAs  

void runAs(PrincipalCollection principals) throws NullPointerException, IllegalStateException;
boolean isRunAs();
PrincipalCollection getPreviousPrincipals();
PrincipalCollection releaseRunAs(); 

RunAs即实现“允许A假设为B身份进行访问”；通过调用subject.runAs(b)进行访问；接着调用subject.getPrincipals将获取到B的身份；此时调用isRunAs将返回true；而a的身份需要通过subject. getPreviousPrincipals获取；如果不需要RunAs了调用subject. releaseRunAs即可。

8、多线程

<V> V execute(Callable<V> callable) throws ExecutionException;
void execute(Runnable runnable);
<V> Callable<V> associateWith(Callable<V> callable);
Runnable associateWith(Runnable runnable); 

实现线程之间的Subject传播，因为Subject是线程绑定的；因此在多线程执行中需要传播到相应的线程才能获取到相应的Subject。最简单的办法就是通过execute(runnable/callable实例)直接调用；或者通过associateWith(runnable/callable实例)得到一个包装后的实例；它们都是通过：1、把当前线程的Subject绑定过去；2、在线程执行结束后自动释放。

Subject自己不会实现相应的身份验证/授权逻辑，而是通过DelegatingSubject委托给SecurityManager实现；及可以理解为Subject是一个面门。

对于Subject的构建一般没必要我们去创建；一般通过SecurityUtils.getSubject()获取：

public static Subject getSubject() {
    Subject subject = ThreadContext.getSubject();
    if (subject == null) {
        subject = (new Subject.Builder()).buildSubject();
        ThreadContext.bind(subject);
    }
    return subject;
} 

即首先查看当前线程是否绑定了Subject，如果没有通过Subject.Builder构建一个然后绑定到现场返回。

如果想自定义创建，可以通过：

new Subject.Builder().principals(身份).authenticated(true/false).buildSubject()

这种可以创建相应的Subject实例了，然后自己绑定到线程即可。在new Builder()时如果没有传入SecurityManager，自动调用SecurityUtils.getSecurityManager获取；也可以自己传入一个实例。

对于Subject我们一般这么使用：

1、身份验证（login）

2、授权（hasRole*/isPermitted*或checkRole*/checkPermission*）

3、将相应的数据存储到会话（Session）

4、切换身份（RunAs）/多线程身份传播

5、退出

而我们必须的功能就是1、2、5。到目前为止我们就可以使用Shiro进行应用程序的安全控制了，但是还是缺少如对Web验证、Java方法验证等的一些简化实现。