Spring Boot使用过滤器和拦截器分别实现REST接口简易安全认证

2021-10-16 02:10:59

本文通过一个简易安全认证示例的开发实践，理解过滤器和拦截器的工作原理。

很多文章都将过滤器（Filter）、拦截器（Interceptor）和监听器（Listener）这三者和Spring关联起来讲解，并认为过滤器（Filter）、拦截器（Interceptor）和监听器（Listener）是Spring提供的应用广泛的组件功能。

但是严格来说，过滤器和监听器属于Servlet范畴的API，和Spring没什么关系。

因为过滤器继承自javax.servlet.Filter接口，监听器继承自javax.servlet.ServletContextListener接口，只有拦截器继承的是org.springframework.web.servlet.HandlerInterceptor接口。
Spring Boot使用过滤器和拦截器分别实现REST接口简易安全认证
上面的流程图参考自网上资料，一图胜千言。看完本文以后，将对过滤器和拦截器的调用过程会有更深刻理解。

一、安全认证设计思路

有时候内外网调用API，对安全性的要求不一样，很多情况下外网调用API的种种限制在内网根本没有必要，但是网关部署的时候，可能因为成本和复杂度等问题，内外网要调用的API会部署在一起。

实现REST接口的安全性，可以通过成熟框架如Spring Security或者shiro搞定。

但是因为安全框架往往实现复杂（我数了下Spring Security，洋洋洒洒大概有11个核心模块，shiro的源码代码量也比较惊人）同时可能要引入复杂配置（能不能让人痛快一点），不利于中小团队的灵活快速开发、部署及问题排查。

很多团队自己造*实现安全认证，本文这个简易认证示例参考自我所在的前厂开发团队，可以认为是个基于token的安全认证服务。

大致设计思路如下：

1、自定义http请求头，每次调用API都在请求头里传人一个token值

2、token放在缓存（如redis）中，根据业务和API的不同设置不同策略的过期时间

3、token可以设置白名单和黑名单，可以限制API调用频率，便于开发和测试，便于紧急处理异状，甚至临时关闭API

4、外网调用必须传人token，token可以和用户有关系，比如每次打开页面或者登录生成token写入请求头，页面验证cookie和token有效性等

在Spring Security框架里有两个概念，即认证和授权，认证指可以访问系统的用户，而授权则是用户可以访问的资源。

实现上述简易安全认证需求，你可能需要独立出一个token服务，保证生成token全局唯一，可能包含的模块有自定义流水生成器、CRM、加解密、日志、API统计、缓存等，但是和用户（CRM）其实是弱绑定关系。某些和用户有关系的公共服务，比如我们经常用到的发送短信SMS和邮件服务，也可以通过token机制解决安全调用问题。

综上，本文的简易安全认证其实和Spring Security框架提供的认证和授权有点不一样，当然，这种“安全”处理方式对专业人士没什么新意，但是可以对外挡掉很大一部分小白用户。

二、自定义过滤器

和Spring MVC类似，Spring Boot提供了很多servlet过滤器（Filter）可使用，并且它自动添加了一些常用过滤器，比如CharacterEncodingFilter（用于处理编码问题）、HiddenHttpMethodFilter（隐藏HTTP函数）、HttpPutFormContentFilter（form表单处理）、RequestContextFilter（请求上下文）等。通常我们还会自定义Filter实现一些通用功能，比如记录日志、判断是否登录、权限验证等。

1、自定义请求头

很简单，在request header添加自定义请求头authtoken：

    @RequestMapping(value = "/getinfobyid", method = RequestMethod.POST)
    @ApiOperation("根据商品Id查询商品信息")
    @ApiImplicitParams({
            @ApiImplicitParam(paramType = "header", name = "authtoken", required = true, value = "authtoken", dataType =
                    "String"),
    })
    public GetGoodsByGoodsIdResponse getGoodsByGoodsId(@RequestHeader String authtoken, @RequestBody GetGoodsByGoodsIdRequest request) {

        return _goodsApiService.getGoodsByGoodsId(request);

    }

加了@RequestHeader修饰的authtoken字段就可以在swagger这样的框架下显示出来。

调用后，可以根据http工具看到请求头，本文示例是authtoken（和某些框架的token区分开）：

Spring Boot使用过滤器和拦截器分别实现REST接口简易安全认证

备注：很多httpclient工具都支持动态传人请求头，比如RestTemplate。

2、实现Filter

Filter接口共有三个方法，即init，doFilter和destory，看到名称就大概知道它们主要用途了，通常我们只要在doFilter这个方法内，对Http请求进行处理：

package com.power.demo.controller.filter;

import com.power.demo.common.AppConst;
import com.power.demo.common.BizResult;
import com.power.demo.service.contract.AuthTokenService;
import com.power.demo.util.PowerLogger;
import com.power.demo.util.SerializeUtil;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import java.io.IOException;

@Component
public class AuthTokenFilter implements Filter {

    @Autowired
    private AuthTokenService authTokenService;

    @Override
    public void init(FilterConfig var1) throws ServletException {

    }

    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)
            throws IOException, ServletException {
        HttpServletRequest req = (HttpServletRequest) request;

        String token = req.getHeader(AppConst.AUTH_TOKEN);

        BizResult<String> bizResult = authTokenService.powerCheck(token);

        System.out.println(SerializeUtil.Serialize(bizResult));

        if (bizResult.getIsOK() == true) {
            PowerLogger.info("auth token filter passed");

            chain.doFilter(request, response);
        } else {
            throw new ServletException(bizResult.getMessage());
        }

    }


    @Override
    public void destroy() {

    }
}

注意，Filter这样的东西，我认为从实际分层角度，多数处理的还是表现层偏多，不建议在Filter中直接使用数据访问层Dao，虽然这样的代码一两年前我在很多老古董项目中看到过很多次，而且<>的书里也有这样写的先例。

3、认证服务

这里就是主要业务逻辑了，示例代码只是简单写下思路，不要轻易就用于生产环境：

package com.power.demo.service.impl;

import com.power.demo.cache.PowerCacheBuilder;
import com.power.demo.common.BizResult;
import com.power.demo.service.contract.AuthTokenService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.StringUtils;

@Component
public class AuthTokenServiceImpl implements AuthTokenService {

    @Autowired
    private PowerCacheBuilder cacheBuilder;

    /*
     * 验证请求头token是否合法
     * */
    @Override
    public BizResult<String> powerCheck(String token) {

        BizResult<String> bizResult = new BizResult<>(true, "验证通过");

        System.out.println("token的值为:" + token);

        if (StringUtils.isEmpty(token) == true) {
            bizResult.setFail("authtoken为空");
            return bizResult;
        }

        //处理黑名单
        bizResult = checkForbidList(token);
        if (bizResult.getIsOK() == false) {
            return bizResult;
        }

        //处理白名单
        bizResult = checkAllowList(token);
        if (bizResult.getIsOK() == false) {
            return bizResult;
        }

        String key = String.format("Power.AuthTokenService.%s", token);

        //cacheBuilder.set(key, token);
        //cacheBuilder.set(key, token.toUpperCase());

        //从缓存中取
        String existToken = cacheBuilder.get(key);
        if (StringUtils.isEmpty(existToken) == true) {
            bizResult.setFail(String.format("不存在此authtoken：%s", token));
            return bizResult;
        }

        //比较token是否相同
        Boolean isEqual = token.equals(existToken);
        if (isEqual == false) {
            bizResult.setFail(String.format("不合法的authtoken:%s", token));
            return bizResult;
        }

        //do something

        return bizResult;
    }

}

用到的缓存服务可以参考这里，这个也是我在前厂的经验总结。

4、注册Filter

常见的有两种写法：
（1）、使用@WebFilter注解来标识Filter

@Order(1)
@WebFilter(urlPatterns = {"/api/v1/goods/*", "/api/v1/userinfo/*"})
public class AuthTokenFilter implements Filter {

使用@WebFilter注解，还可以配合使用@Order注解，@Order注解表示执行过滤顺序，值越小，越先执行，这个Order大小在我们编程过程中就像处理HTTP请求的生命周期一样大有用处。当然，如果没有指定Order，则过滤器的调用顺序跟添加的过滤器顺序相反，过滤器的实现是责任链模式。

最后，在启动类上添加@ServletComponentScan 注解即可正常使用自定义过滤器了。
（2）、使用FilterRegistrationBean对Filter进行自定义注册

本文以第二种实现自定义Filter注册：

package com.power.demo.controller.filter;

import com.google.common.collect.Lists;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.web.servlet.FilterRegistrationBean;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.List;

@Configuration
@Component
public class RestFilterConfig {

    @Autowired
    private AuthTokenFilter filter;

    @Bean
    public FilterRegistrationBean filterRegistrationBean() {
        FilterRegistrationBean registrationBean = new FilterRegistrationBean();
        registrationBean.setFilter(filter);

        //设置（模糊）匹配的url
        List<String> urlPatterns = Lists.newArrayList();
        urlPatterns.add("/api/v1/goods/*");
        urlPatterns.add("/api/v1/userinfo/*");
        registrationBean.setUrlPatterns(urlPatterns);

        registrationBean.setOrder(1);
        registrationBean.setEnabled(true);

        return registrationBean;
    }
}

请大家特别注意urlPatterns，属性urlPatterns指定要过滤的URL模式。对于Filter的作用区域，这个参数居功至伟。

注册好Filter，当Spring Boot启动时监测到有javax.servlet.Filter的bean时就会自动加入过滤器调用链ApplicationFilterChain。

调用一个API试试效果：

Spring Boot使用过滤器和拦截器分别实现REST接口简易安全认证

通常情况下，我们在Spring Boot下都会自定义一个全局统一的异常管理增强GlobalExceptionHandler（和上面这个显示会略有不同）。

根据我的实践，过滤器里抛出异常，不会被全局唯一的异常管理增强捕获到并进行处理，这个和拦截器Inteceptor以及下一篇文章介绍的自定义AOP拦截不同。

到这里，一个通过自定义Filter实现的简易安全认证服务就搞定了。

三、自定义拦截器

1、实现拦截器

继承接口HandlerInterceptor，实现拦截器，接口方法有下面三个：

preHandle是请求执行前执行

postHandle是请求结束执行

afterCompletion是视图渲染完成后执行

package com.power.demo.controller.interceptor;

import com.power.demo.common.AppConst;
import com.power.demo.common.BizResult;
import com.power.demo.service.contract.AuthTokenService;
import com.power.demo.util.PowerLogger;
import com.power.demo.util.SerializeUtil;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.servlet.HandlerInterceptor;
import org.springframework.web.servlet.ModelAndView;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

/*
 * 认证token拦截器
 * */
@Component
public class AuthTokenInterceptor implements HandlerInterceptor {

    @Autowired
    private AuthTokenService authTokenService;

    /*
     * 请求执行前执行
     * */
    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {

        boolean handleResult = false;

        String token = request.getHeader(AppConst.AUTH_TOKEN);

        BizResult<String> bizResult = authTokenService.powerCheck(token);

        System.out.println(SerializeUtil.Serialize(bizResult));

        handleResult = bizResult.getIsOK();

        PowerLogger.info("auth token interceptor拦截结果：" + handleResult);

        if (bizResult.getIsOK() == true) {
            PowerLogger.info("auth token interceptor passed");
        } else {
            throw new Exception(bizResult.getMessage());
        }

        return handleResult;
    }

    /*
     * 请求结束执行
     * */
    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {

    }

    /*
     * 视图渲染完成后执行
     * */
    @Override
    public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception {

    }
}

示例中，我们选择在请求执行前进行token安全认证。

认证服务就是过滤器里介绍的AuthTokenService，业务逻辑层实现复用。

2、注册拦截器

定义一个InterceptorConfig类，继承自WebMvcConfigurationSupport，WebMvcConfigurerAdapter已经过时。

将AuthTokenInterceptor作为bean注入，其他设置拦截器拦截的URL和过滤器非常相似：

package com.power.demo.controller.interceptor;

import com.google.common.collect.Lists;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.DefaultServletHandlerConfigurer;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.InterceptorRegistry;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.ResourceHandlerRegistry;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.WebMvcConfigurationSupport;

import java.util.List;

@Configuration
@Component
public class InterceptorConfig extends WebMvcConfigurationSupport { //WebMvcConfigurerAdapter已经过时

    private static final String FAVICON_URL = "/favicon.ico";

    /**
     * 发现如果继承了WebMvcConfigurationSupport，则在yml中配置的相关内容会失效。
     *
     * @param registry
     */
    @Override
    public void addResourceHandlers(ResourceHandlerRegistry registry) {
        registry.addResourceHandler("/").addResourceLocations("/**");
        registry.addResourceHandler("/static/**").addResourceLocations("classpath:/static/");
    }

    /**
     * 配置servlet处理
     */
    @Override
    public void configureDefaultServletHandling(DefaultServletHandlerConfigurer configurer) {
        configurer.enable();
    }

    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {

        //设置（模糊）匹配的url
        List<String> urlPatterns = Lists.newArrayList();
        urlPatterns.add("/api/v1/goods/*");
        urlPatterns.add("/api/v1/userinfo/*");

        registry.addInterceptor(authTokenInterceptor()).addPathPatterns(urlPatterns).excludePathPatterns(FAVICON_URL);
        super.addInterceptors(registry);
    }


    //将拦截器作为bean写入配置中
    @Bean
    public AuthTokenInterceptor authTokenInterceptor() {
        return new AuthTokenInterceptor();
    }
}

启动应用后，调用接口就可以看到拦截器拦截的效果了。全局统一的异常管理GlobalExceptionHandler捕获异常后处理如下：

Spring Boot使用过滤器和拦截器分别实现REST接口简易安全认证

四、过滤器和拦截器区别

主要区别如下：

1、拦截器主要是基于java的反射机制的，而过滤器是基于函数回调

2、拦截器不依赖于servlet容器，过滤器依赖于servlet容器

3、拦截器只能对action请求起作用，而过滤器则可以对几乎所有的请求起作用

4、拦截器可以访问action上下文、值栈里的对象，而过滤器不能访问

5、在action的生命周期中，拦截器可以多次被调用，而过滤器只能在容器初始化时被调用一次

参考过的一些文章，有的说“拦截器可以获取IOC容器中的各个bean，而过滤器就不行，这点很重要，在拦截器里注入一个service，可以调用业务逻辑”，经过实际验证，这是不对的。

注意：过滤器的触发时机是容器后，servlet之前，所以过滤器的doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)的入参是ServletRequest，而不是HttpServletRequest，因为过滤器是在HttpServlet之前。下面这个图，可以让你对Filter和Interceptor的执行时机有更加直观的认识：

Spring Boot使用过滤器和拦截器分别实现REST接口简易安全认证
只有经过DispatcherServlet 的请求，才会走拦截器链，自定义的Servlet请求是不会被拦截的，比如我们自定义的Servlet地址http://localhost:9090/testServlet是不会被拦截器拦截的。但不管是属于哪个Servlet，只要符合过滤器的过滤规则，过滤器都会执行。

根据上述分析，理解原理，实际操作就简单了，哪怕是ASP.NET过滤器亦然。

问题：实现更加灵活的安全认证

在Java Web下通过自定义过滤器Filter或者拦截器Interceptor配置urlPatterns，可以实现对特定匹配的API进行安全认证，比如匹配所有API、匹配某个或某几个API等，但是有时候这种匹配模式对开发人员相对不够友好。

我们可以参考Spring Security那样，通过注解+SpEL实现强大功能。

又比如在ASP.NET中，我们经常用到Authorized特性，这个特性可以加在类上，也可以作用于方法上，可以更加动态灵活地控制安全认证。

我们没有选择Spring Security，那就自己实现类似Authorized的灵活的安全认证，主要实现技术就是我们所熟知的AOP。

推荐阅读：spring boot项目实战

文章来源：https://my.oschina.net/u/3854434/blog/1824961

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