Spring Security 解析(二) —— 认证过程
Spring Security 解析(二) —— 认证过程
在学习Spring Cloud 时，遇到了授权服务oauth 相关内容时，总是一知半解，因此决定先把Spring Security 、Spring Security Oauth2 等权限、认证相关的内容、原理及设计学习并整理一遍。本系列文章就是在学习的过程中加强印象和理解所撰写的，如有侵权请告知。
项目环境:
- JDK1.8
- Spring boot 2.x
- Spring Security 5.x
一、@EnableGlobalAuthentication 配置 解析
还记得上一篇讲解授权过程中提到@EnableWebSecurity 引用了 WebSecurityConfiguration 配置类 和 @EnableGlobalAuthentication 注解吗？ 当时只是讲解了下 WebSecurityConfiguration 配置类 ，这次该轮到 @EnableGlobalAuthentication 配置了。
查看 @EnableGlobalAuthentication 注解源码，我们可以看到其引用了AuthenticationConfiguration 配置类。其中有一个方法值得我们注意，那就是 getAuthenticationManager() （还记得授权过程中调用了 AuthenticationManager().authenticate() 进行认证么？）, 我们来看下其源码内部大致逻辑：
public AuthenticationManager getAuthenticationManager() throws Exception {
......
// 1 调用 authenticationManagerBuilder 方法获取 authenticationManagerBuilder 对象，用于 build authenticationManager 对象
AuthenticationManagerBuilder authBuilder = authenticationManagerBuilder(
this.objectPostProcessor, this.applicationContext);
.....
// 2 build 方法调用同授权过程中的 webSecurity.build() 一样，都是通过父类 AbstractConfiguredSecurityBuilder.doBuild() 方法中的 performBuild() 方法进行 build, 只是这里不再是通过其子类 HttpSecurity.performBuild() ，而是通过 AuthenticationManagerBuilder.performBuild()
authenticationManager = authBuilder.build();
.......
return authenticationManager;
}根据源码我们可以概括其逻辑分2部分：
- 1、 通过调用 authenticationManagerBuilder() 方法获取 authenticationManagerBuilder 对象
- 2、 调用authenticationManagerBuilder 对象的 build() 创建 authenticationManager 对象并返回
我们再详细看下这个build的过程，可以发现其 build 调用跟授权过程中build securityFilterChain 一样 都是通过 AbstractConfiguredSecurityBuilder.doBuild() 方法中的 performBuild() 进行构建， 不过这次不再是调用其子类 HttpSecurity.performBuild() 而是 AuthenticationManagerBuilder.performBuild() 。
我们来看下 AuthenticationManagerBuilder.performBuild() 方法内部实现：
protected ProviderManager performBuild() throws Exception {
if (!isConfigured()) {
logger.debug("No authenticationProviders and no parentAuthenticationManager defined. Returning null.");
return null;
}
// 1 创建了一个包含 authenticationProviders 参数 的 ProviderManager 对象
ProviderManager providerManager = new ProviderManager(authenticationProviders,
parentAuthenticationManager);
if (eraseCredentials != null) {
providerManager.setEraseCredentialsAfterAuthentication(eraseCredentials);
}
if (eventPublisher != null) {
providerManager.setAuthenticationEventPublisher(eventPublisher);
}
providerManager = postProcess(providerManager);
return providerManager;
}这里我们主要关注其内部 创建了一个包含 authenticationProviders 参数 的 ProviderManager （ProviderManager 是 AuthenticationManager 的实现类）对象并返回。
回过头，我们来看下 AuthenticationManager 接口 源码：
public interface AuthenticationManager {
// 认证接口
Authentication authenticate(Authentication authentication)
throws AuthenticationException;
}可以看到，内部就只有一个我们在授权过程中提到过的 authenticate()，其接口接收一个 Authentication（这个对象我们也不陌生，之前授权过程中提到过的 UsernamePasswordAuthrnticationToken 等都是其实现子类） 对象作为参数。
至此认证的部分关键类或接口已经浮出水面了，它们分别是 AuthenticationManager 、ProviderManager、AuthenticationProvider、Authentication， 接下来我们就围绕这几个类或接口进行剖析。
二、AuthenticationManager
正如我们之前看到的一项，它是整个认证的入口，其定义的认证接口 authenticate() 接收一个 Authentication 对象作为参数。AuthenticationManager 它只是提供了一个认证接口方法，因为在实际使用中，我们不仅有账户密码的登录方式，还有短信验证码登录、邮箱登录等等，所以它本身不做任何认证，其具体做认证的是 ProviderManager 子类，但正如我们说过的认证方式有很多，如果仅仅依靠 ProviderManager 本身来实现 authenticate() 接口，那我们要支持这么多认证方式不得写多少个 if 判断，而且以后如果我们想要支持指纹登录，那又不得不在这个方法内部加个if，这种不利于系统扩展的写法肯定是不可取的，所以 ProviderManager 本身会维护一个List<AuthenticationProvider>列表 ，用于存放多种认证方式，然后通过委托的方式，调用 AuthenticationProvider 来真正实现认证逻辑的 。 而 Authentication 就是我们需要认证的信息（当然不仅仅只包括账户信息），通过authenticate() 接口认证成功后返回的 Authentication 就是一个被标识认证成功的对象 。 这里为什么要解释下 AuthenticationManager、ProviderManager、AuthenticationProvider 的关系，主要是一开始容易搞混它们，相信经过这样一段描述更容易理解了吧。。。
三、Authentication
如果 没有看过源码的同学可能会认为 Authentication 是一个类吧，可实际上它是一个 接口，其内部并未存在任何属性字段，它仅仅定义了和规范好了认证对象需要的接口方法，我们来看看其定义的接口方法有哪些，分别又什么作用：
public interface Authentication extends Principal, Serializable {
// 1 获取权限信息（不能仅仅理解未角色权限，还有菜单权限等等），默认是GrantedAuthority接口的实现类
Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();
// 2 获取用户密码信息 ，认证成功后会被删除掉
Object getCredentials();
// 3 主要存放访问着的ip等信息
Object getDetails();
// 4 重点！！ 最重要的身份信息。 大部分情况下是 UserDetails 接口的实现 类，比如 我们 之前配置的 User 对象
Object getPrincipal();
// 5 是否认证（成功）
boolean isAuthenticated();
// 6 设置认证标识
void setAuthenticated(boolean isAuthenticated) throws IllegalArgumentException;
}既然 Authentication 定义了这些接口方法，那么其子类实现肯定都按照这个标准或者称之为规范定制了实现，这里就不罗列出其子类的具体实现了，有兴趣的同学可以去看下 我们最常用的 UsernamePasswordAuthenticationToken 实现（包括其 父类 AbstractAuthenticationToken）
四、ProviderManager
它是 AuthenticationManager 的实现子类之一，也是我们最常用的一个实现。正如我们前面提到过的，其内部维护了 一个 List<AuthenticationProvider> 对象， 用于支持和扩展 多种形式的认证方式。我们来看下 其 实现 authenticate() 的源码：
public Authentication authenticate(Authentication authentication)
throws AuthenticationException {
......
// 1 通过 getProviders() 方法获取到内部维护的 List<AuthenticationProvider> 对象 并 通过遍历的方式 去 认证，只要认证成功 就 break
for (AuthenticationProvider provider : getProviders()) {
// 2 正如前面看到的有 很多 AuthenticationProvider 实现，如果每次都是验证失败后再掉用下一个 AuthenticationProvider 这种实现是不是很不高效？ 所以 这里通过 supports() 方法来验证是否可以使用 该 AuthenticationProvider 进行验证，不可以就直接换下一个
if (!provider.supports(toTest)) {
continue;
}
try {
// 3 重点，这里是 调用真实的认证方法
result = provider.authenticate(authentication);
if (result != null) {
copyDetails(authentication, result);
break;
}
}
catch (AccountStatusException e) {
prepareException(e, authentication);
throw e;
}
catch (InternalAuthenticationServiceException e) {
prepareException(e, authentication);
throw e;
}
catch (AuthenticationException e) {
lastException = e;
}
}
if (result == null && parent != null) {
try {
// 4 前面都认证不成功，调用父类（严格意思不是调用父类，而是其他的 AuthenticationManager 实现类）认证方法
result = parentResult = parent.authenticate(authentication);
}
catch (ProviderNotFoundException e) {
}
catch (AuthenticationException e) {
lastException = parentException = e;
}
}
if (result != null) {
if (eraseCredentialsAfterAuthentication
&& (result instanceof CredentialsContainer)) {
// 5 删除认证成功后的 密码信息，保证安全
((CredentialsContainer) result).eraseCredentials();
}
if (parentResult == null) {
eventPublisher.publishAuthenticationSuccess(result);
}
return result;
}
if (lastException == null) {
lastException = new ProviderNotFoundException(messages.getMessage(
"ProviderManager.providerNotFound",
new Object[] { toTest.getName() },
"No AuthenticationProvider found for {0}"));
}
if (parentException == null) {
prepareException(lastException, authentication);
}
throw lastException;
}梳理下整个方法内部实现逻辑：
- 通过 getProviders() 方法获取到内部维护的 List 对象 并 通过遍历的方式 去 认证
- 通过 provider.supports() 方法 来验证是否可用当前的 AuthenticationProvider 进行验证，不可以就直接换下一个 ( 其实方法内部就是验证当前 的 Authentication 对象是不是其某个子类，比如 我们最常用到的 DaoAuthenticationProvider 的 supports 方法就是判断当前 的 Authentication 是不是 UsernamePasswordAuthenticationToken )
- 通过 provider.authenticate() 调用 其真正的认证实现
- 如果 前面的所有 AuthenticationProvider 均不能认证成功，尝试调用 parent.authenticate() 方法 ：调用父类（严格意思不是调用父类，而是其他的 AuthenticationManager 实现类）认证方法
- 最后 通过 ((CredentialsContainer) result).eraseCredentials() 删除认证成功后的 密码信息，保证安全
五、AuthenticationProvider(DaoAuthenticationProvider)
正如我们想象的一样，AuthenticationProvider 是一个接口，本身定义了一个 和 AuthenticationManager 一样的 authenticate 认证接口方法，外加一个 supports() 用于 判别当前 Authentication 是否可以进行处理。
public interface AuthenticationProvider {
// 定义认证接口方法
Authentication authenticate(Authentication authentication)
throws AuthenticationException;
// 定义判断是否可以认证处理的接口方法
boolean supports(Class<?> authentication);
}这里我们就拿我们用得最多的一个 AuthenticationProvider 实现类 DaoAuthenticationProvider(注意，这里和UsernamePasswordAuthenticationFilter 类似，都是通过父类来实现接口，然后内部处理方法再调用 其 子类进行处理) 来看其内部 这2个抽象方法的实现：
- supports 实现：
public boolean supports(Class<?> authentication) {
return (UsernamePasswordAuthenticationToken.class
.isAssignableFrom(authentication));
}可以看到仅仅只是判断当前的 authentication 是否为 UsernamePasswordAuthenticationToken（或其子类）
- authrnticate 实现
// 1 注意这里的实现方法是 DaoAuthenticationProvider 的父类 AbstractUserDetailsAuthenticationProvider 实现的
public Authentication authenticate(Authentication authentication)
throws AuthenticationException {
// 2 从 authentication 中获取 用户名
String username = (authentication.getPrincipal() == null) ? "NONE_PROVIDED"
: authentication.getName();
boolean cacheWasUsed = true;
// 3 根据username 从缓存中获取 认证成功的 UserDetails 信息
UserDetails user = this.userCache.getUserFromCache(username);
if (user == null) {
cacheWasUsed = false;
try {
// 4 如果缓存中没有用户信息 需要 获取用户信息（由 DaoAuthenticationProvider 实现 ）
user = retrieveUser(username,
(UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication);
}
catch (UsernameNotFoundException notFound) {
......
}
}
try {
// 5 前置检查账户是否锁定，过期，冻结（由DefaultPreAuthenticationChecks类实现）
preAuthenticationChecks.check(user);
// 6 主要是验证 获取到的用户密码与传入的用户密码是否一致
additionalAuthenticationChecks(user,
(UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication);
}
catch (AuthenticationException exception) {
// 这里官方发现缓存可能导致了某些问题，又重新去认证一次
if (cacheWasUsed) {
// There was a problem, so try again after checking
// we're using latest data (i.e. not from the cache)
cacheWasUsed = false;
user = retrieveUser(username,
(UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication);
preAuthenticationChecks.check(user);
additionalAuthenticationChecks(user,
(UsernamePasswordAuthenticationToken) authentication);
}
else {
throw exception;
}
}
// 7 后置检查用户密码是否 过期
postAuthenticationChecks.check(user);
// 8 验证成功后的用户信息存入缓存
if (!cacheWasUsed) {
this.userCache.putUserInCache(user);
}
Object principalToReturn = user;
if (forcePrincipalAsString) {
principalToReturn = user.getUsername();
}
// 9 重新创建一个 authenticated 为true （即认证成功）的 UsernamePasswordAuthenticationToken 对象并返回
return createSuccessAuthentication(principalToReturn, authentication, user);
}梳理下authenticate（这里的方法的实现是由 AbstractUserDetailsAuthenticationProvider 提供的）方法内部实现逻辑：
- 从 入参 authentication 对象中获取到 username 信息
- （这里忽略缓存的处理） 调用 retrieveUser() 方法（由 DaoAuthenticationProvider 实现）根据 username 获取到 系统（一般来说是从数据库中） 中获取到 UserDetails** 对象**
- 通过 preAuthenticationChecks.check() 方法检测 当前获取到的 UserDetails 是否过期、冻结、锁定（如果任意一个条件 为 true 将抛出 相应 的异常）
- 通过 additionalAuthenticationChecks() （由 DaoAuthenticationProvider 实现） 判断 密码是否一致
- 通过 postAuthenticationChecks.check() 检测 UserDetails 的密码是否过期
- 最后通过 createSuccessAuthentication() 重新创建一个 authenticated 为true （即认证成功）的 UsernamePasswordAuthenticationToken 对象并返回
虽然我们知道其验证逻辑， 但其内部很多方法我们不清楚其内部实现，以及这里新增的一个 关键认证类 UserDetails 是怎么设计的，如何验证其是否过期等等。
六、 UserDetailsService 和 UserDetails
继续深入看下 retrieveUser() 方法，首先我们注意到其返回对象是一个 UserDetails,那么我们先从 UserDetails 入手。
UserDetails：
我们先来看下 UserDetails 源码：
public interface UserDetails extends Serializable {
// 1 与 Authentication 的 一样，都是获取 权限信息
Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities();
// 2 获取用户正确的密码
String getPassword();
// 3 获取账户名
String getUsername();
// 4 账户是否过期
boolean isAccountNonExpired();
// 5 账户是否锁定
boolean isAccountNonLocked();
// 6 密码是否过期
boolean isCredentialsNonExpired();
// 7 账户是否冻结
boolean isEnabled();
}从上面的 4，5，6，7 接口我们就能够知道 preAuthenticationChecks.check() 和 postAuthenticationChecks.check() 是如何检测的了，这里2个方法的检测细节就不再深究了，有兴趣的同学可以看看源码，我们只要知道检测失败会抛出异常就行了。
咋呼一看，这个UserDetails 和 Authentication 很相似，其实它们之间还真有关系，在createSuccessAuthentication() 传教Authentication 对象时，它的authorities 就是UserDetails 传入的。
UserDetailsService：
retrieveUser() 方法是系统通过传入的账户名获取对应的账户信息的唯一方法，我们来看下其内部源码逻辑：
protected final UserDetails retrieveUser(String username,
UsernamePasswordAuthenticationToken authentication)
throws AuthenticationException {
prepareTimingAttackProtection();
try {
// 通过 UserDetailsService 的loadUserByUsername 方法 获取用户信息
UserDetails loadedUser = this.getUserDetailsService().loadUserByUsername(username);
if (loadedUser == null) {
throw new InternalAuthenticationServiceException(
"UserDetailsService returned null, which is an interface contract violation");
}
return loadedUser;
}
catch (UsernameNotFoundException ex) {
......
}
}相信看到这里，一切都关联上了，这里的 UserDetailsService.loadUserByUsername() 就是我们在 上一篇 授权过程中 我们自己实现的。 这里就不再 贴出UserDetailsService 源码了。
还有additionalAuthenticationChecks() 密码验证没有讲到，这里简单提下，其内部就是通过 PasswordEncoder.matches() 方法进行密码匹配的。不过这里要注意一下，这里的 PasswordEncoder 在 Security 5 开始默认 替换成了 DelegatingPasswordEncoder 这里也是和我们之前 讨论 loadUserByUsername 方法内部创建User （UserDeatails 实现类之一）是一定要用到 PasswordEncoderFactories.createDelegatingPasswordEncoder().encode() 加密是相应的。
七、个人总结
认证的顶级管理员 AuthenticationManager 为我们提供了 认证入口( authenticate()接口)，但是呢，我们也知道大老板一般不直接参与实质的工作，所以它把任务安排给它的下属，也就是我们的 ProviderManager 部门领导 ，部门领导 肩负起 认证的工作（authenticate() 认证的实现），其实呢，我们也知道部门领导也是 直接参数 认证工作的，它都是将实际任务安排给小组长的， 也就是我们的 AuthrnticationProvider ，部门领导 开个会议，聚集了所有小组长 ，让它们自行判断（通过
support()） 大老板交下来的任务 该由谁来完成， 小组长 领到任务后，就把任务 分发给各个小组成员，比如 成员1(UserDetailsService) 只需要 完成 retrieveUser() 的工作，然后成员2 完成 additionalAuthenticationChecks() 的工作，最后由项目经理 ( createSuccessAuthentication() ) 将结果汇报给小组长，然后小组长汇报给部门领导，部门领导 审核一下结果，觉得小组长做得不够好，然后又做了一些操作 （ eraseCredentials() 擦除密码信息 ），最后认为 结果 可以了就汇报给老板，老板呢，也不多看，直接将结果给了客户(filter)。
按照惯例，上流程图：
本文介绍认证过程的代码可以访问代码仓库中的 security 模块 ，项目的github 地址 : https://github.com/BUG9/spring-security
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