Shiro 框架详解

Shiro 是一款轻量级的 Java 安全框架，提供了身份认证、授权、加密和会话管理等功能。它可以集成到任何 Java Web 应用程序中，并且易于使用和扩展。Shiro 的设计理念是简洁而灵活，不仅可以应用于 Web 应用程序，还可以应用于命令行、移动设备和分布式系统等各种应用场景。

1. Shiro 的概述

Shiro 是一个开源的 Java 安全框架，由 Apache 开发和维护。Shiro 可以帮助开发人员快速实现安全特性，包括身份认证、授权、加密和会话管理等。Shiro 的目标是简化 Java 安全编程，并提供更好的开发体验。

Shiro 的主要特点如下：

易于学习和使用：Shiro 设计简单，易于学习和使用。
灵活性高：Shiro 可以适用于任何应用场景，支持多种应用程序类型。
安全性高：Shiro 的安全性能比较优越，提供了多种方式来保护应用程序的安全性。
扩展性好：Shiro 框架提供了可扩展性插件机制，可以方便地扩展框架的功能，满足不同的需求。
企业级支持：Shiro 是从 Apache 基金会获得支持的框架，拥有众多企业用户。

2. Shiro 的基本组件

Shiro 的基本组件包括 Subject、SecurityManager 和 Realms 等。下面我们分别介绍一下这些组件的作用和作用。

Subject

Subject 代表当前用户，是 Shiro 框架中最重要的组件之一。Subject 封装了用户的所有信息，包括身份（用户名和密码）和角色等。在一个应用程序中，可能有多个 Subject，每个 Subject 可以访问应用程序中的资源。

用户可以通过 Subject 登录应用程序，并执行诸如访问资源、修改个人配置等操作。Shiro 提供了简单易用的方法来管理用户的登录和退出行为，以及 Session 管理等。

SecurityManager

SecurityManager 是 Shiro 的核心组件，负责管理和协调整个应用程序的安全机制。它的主要职责是认证、授权、加密和会话管理等。

SecurityManager 将应用程序中的所有安全操作委托给适当的 Realms 进行处理，并存储和管理有关用户身份、角色和权限等信息。SecurityManager 还可以配置多个 Realms，以便应用程序可以集成不同的认证和授权方案。

Realm

Realm 是 SecurityManager 中负责处理用户身份认证和授权的组件。Shiro 支持多种不同类型的 Realm，包括 JDBC Realm、LDAP Realm、Active Directory Realm 等。

每个 Realm 负责验证用户的身份，并获取用户的权限信息，以便 SecurityManager 可以根据这些信息进行访问控制和授权。Realm 还可以实现缓存机制，提高系统性能。

3. Shiro 的权限控制

Shiro 提供了灵活的权限控制机制，可以对应用程序中的资源进行细粒度的访问控制。Shiro 的权限控制基于角色和权限的概念，其中：

角色是用户的一组角色，可以表示用户在系统中的不同身份；
权限是用户针对某个资源或操作所具有的权限。

Shiro 的权限控制机制包括以下几个步骤：

用户登录系统，通过 Subject 实例获取当前用户信息；
当用户进行某个操作时，Shiro 会根据用户请求的资源和操作类型，检查该用户是否具有执行该操作的权限。
如果用户具备该权限，则允许用户进行操作；否则，Shiro 会拒绝用户的请求，并返回相应的错误信息。

Shiro 支持多种方式来授权，包括基于角色和基于权限。角色授权是将用户分配到不同的角色，每个角色具有特定的权限，从而实现对用户的授权。权限授权是直接为用户授权某个资源或操作，从而实现对用户的授权。

4. Shiro 的会话管理

会话管理是 Web 应用程序中一个非常重要的安全特性。Shiro 提供了丰富的会话管理功能，包括 Cookie 管理、Session 管理和集群会话管理等。

Shiro 的会话管理机制包括以下几个步骤：

当用户登录系统时，Shiro 会自动创建一个 Session 对象，并将其关联到用户身份信息上，以便在整个应用程序生命周期内管理用户的会话状态。
用户进行某个操作时，Shiro 会检查该用户是否具有执行该操作的权限，并根据情况更新 Session 中的状态信息。
当用户退出系统时，Shiro 会清除用户的 Session 数据，并删除相关的 Session 记录。

Shiro 还支持集群会话管理，可以通过配置将会话信息存储在数据库、Redis 或其他数据源中，以便在分布式应用程序中进行会话管理。

5. Shiro 的加密与解密

Shiro 支持多种加密和解密算法，包括 MD5、SHA、AES 等。Shiro 不仅提供了简单易用的加密和解密 API，还提供了安全的密码管理和哈希函数实现。

在 Shiro 中，需要对密码进行加密和解密时，可以使用 Shiro 内置的加密和解密工具类。例如，我们可以使用 CredentialsMatcher 进行密码验证，或者使用 SimpleHash 类进行密码加密。

Shiro 的密码加密和解密功能的主要目的是保护用户的个人信息和隐私，防止其被黑客攻击和非法访问，从而提高系统的安全性。

6. Shiro 的集成开发

Shiro 可以与各种 Web 框架和数据源集成，以满足不同应用场景的需求。Shiro 的集成开发可以分为以下三个步骤：

配置 SecurityManager：首先，需要在应用程序的配置文件中配置 SecurityManager，以便为应用程序提供统一的身份验证和授权管理。
配置 Realm：其次，需要根据实际需要配置 Realm，以便根据数据库、LDAP 或其他数据源来验证用户身份，并获取用户权限信息。
配置 FilterChain：最后，需要配置 FilterChain，以便拦截访问请求，并根据用户的角色和权限等信息来判断是否允许用户进行访问。

在集成开发时，需要使用 Shiro 提供的相应 API 和插件来集成 Shiro 到应用程序中。具体来说，可以根据不同的框架和数据源选择不同的 Shiro 插件。例如，对于 Spring 应用程序，可以使用 Shiro-Spring 插件；对于数据源，可以使用 Shiro-JDBC 插件或 Shiro-LDAP 插件等。

7. Shiro 配置案例实战演练

首先，在 pom.xml 文件中添加依赖项：

<dependencies><!-- Spring Boot --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency><!-- MyBatis + Spring Boot --><dependency><groupId>org.mybatis.spring.boot</groupId><artifactId>mybatis-spring-boot-starter</artifactId><version>2.2.0</version></dependency><!-- Shiro --><dependency><groupId>org.apache.shiro</groupId><artifactId>shiro-core</artifactId><version>1.7.1</version></dependency><!-- Spring Shiro Integration --><dependency><groupId>org.apache.shiro</groupId><artifactId>shiro-spring</artifactId><version>1.7.1</version></dependency><!-- H2 Database --><dependency><groupId>com.h2database</groupId><artifactId>h2</artifactId></dependency><!-- Test --><dependency><groupId>junit</groupId><artifactId>junit</artifactId><scope>test</scope></dependency>
</dependencies>

在上述依赖项中，我们引入了 Spring Boot、MyBatis 和 Shiro 的相关依赖项。

然后，我们实现一个 UserMapper 接口来操作用户数据：

@Mapper
public interface UserMapper {User selectByUsername(String username);Set<String> selectRolesByUsername(String username);Set<String> selectPermissionsByUsername(String username);
}

在该接口中，我们声明了 selectByUsername、selectRolesByUsername 和 selectPermissionsByUsername 三个方法，用于查询指定用户名的用户、角色和权限信息。

接下来，我们实现一个 User 实体类：

public class User implements Serializable {private Long id;private String username;private String password;private Boolean enabled;private Set<Role> roles;// getters and setters
}

在该类中，我们定义了 id、username、password、enabled 和 roles 属性。roles 属性为一个 Set 集合，存储用户所拥有的角色信息。

然后，我们实现一个 Role 实体类：

public class Role implements Serializable {private Long id;private String name;private String description;private Set<Permission> permissions;// getters and setters
}

在该类中，我们定义了 id、name、description 和 permissions 属性。permissions 属性为一个 Set 集合，存储角色所拥有的权限信息。

最后，我们实现一个 Permission 实体类：

public class Permission implements Serializable {private Long id;private String name;private String description;// getters and setters
}

在该类中，我们定义了 id、name 和 description 属性，用于存储权限信息。

接下来，我们需要实现 ShiroConfig 类来完成 Shiro 配置：

@Configuration
public class ShiroConfig {@Beanpublic DefaultWebSecurityManager securityManager(Realm realm) {DefaultWebSecurityManager securityManager = new DefaultWebSecurityManager();securityManager.setRealm(realm);return securityManager;}@Beanpublic Realm realm() {MyShiroRealm myShiroRealm = new MyShiroRealm();myShiroRealm.setCredentialsMatcher(hashedCredentialsMatcher());return myShiroRealm;}@Beanpublic CredentialsMatcher hashedCredentialsMatcher() {HashedCredentialsMatcher credentialsMatcher = new HashedCredentialsMatcher();credentialsMatcher.setHashAlgorithmName(Sha256Hash.ALGORITHM_NAME);credentialsMatcher.setStoredCredentialsHexEncoded(false);return credentialsMatcher;}@Beanpublic ShiroFilterFactoryBean shiroFilter(SecurityManager securityManager) {ShiroFilterFactoryBean shiroFilter = new ShiroFilterFactoryBean();shiroFilter.setSecurityManager(securityManager);Map<String, String> filterChainDefinitionMap = new LinkedHashMap<>();filterChainDefinitionMap.put("/login", "anon");filterChainDefinitionMap.put("/logout", "logout");filterChainDefinitionMap.put("/admin/**", "authc, roles[admin]");shiroFilter.setFilterChainDefinitionMap(filterChainDefinitionMap);shiroFilter.setLoginUrl("/login");shiroFilter.setSuccessUrl("/");shiroFilter.setUnauthorizedUrl("/unauthorized");return shiroFilter;}
}

在该类中，我们通过 @Bean 注解定义了 Shiro 的安全管理器、Realm、CredentialsMatcher 和过滤器链等相关配置。其中，我们使用 MyShiroRealm 来连接数据库，并设置了密码加密算法为 SHA-256。

然后，我们可以定义一个 UserController 类来处理用户相关的请求和操作：

@RestController
public class UserController {@Autowiredprivate UserService userService;@PostMapping("/login")public String login(@RequestParam String username, @RequestParam String password) {Subject subject = SecurityUtils.getSubject();UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken(username, password);try {subject.login(token);return "login success";} catch (AuthenticationException e) {return "login failed";}}@GetMapping("/admin/users")@RequiresRoles("admin")public List<User> getUsers() {return userService.getAllUsers();}
}

在该类中，我们定义了 login 方法用于进行身份认证操作，接受用户名和密码参数，并调用 Shiro 提供的 Subject 对象对用户进行身份认证。如果身份认证成功，则返回字符串 “login success”，否则返回 “login failed”。

另外，getUsers 方法用于获取所有用户列表，在访问该 URL 时，需要用户具有 admin 角色权限才能访问。我们可以使用 @RequiresRoles 注解来对该方法进行授权管理。

最后，我们实现一个 UserService 类来操作用户数据：

@Service
public class UserServiceImpl implements UserService {@Autowiredprivate UserMapper userMapper;@Overridepublic User getByUsername(String username) {return userMapper.selectByUsername(username);}@Overridepublic Set<String> getRolesByUsername(String username) {return userMapper.selectRolesByUsername(username);}@Overridepublic Set<String> getPermissionsByUsername(String username) {return userMapper.selectPermissionsByUsername(username);}@Overridepublic List<User> getAllUsers() {return userMapper.selectAllUsers();}
}

在该类中，我们使用 UserMapper 接口来访问数据库，实现了根据用户名获取用户、获取用户角色和权限以及获取所有用户列表的方法。