Spring Security 框架篇-深入了解 Spring Security 的授权核心功能（RBAC 权限模型、自定义异常处理器、校验权限方法）

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文章目录

1.0 权限系统

1.1 引入

1.2 RBAC 权限模型

1.3 数据库设计

2.0 Spring Security 核心功能-授权

2.1 思路分析

2.2 编写 SQL 语句

2.3 将用户权限进行封装

2.4 获取用户权限

2.5 启动预授权

3.0 自定义异常处理器

4.0 自定义校验权限方法

1.0 权限系统

在 Java 开发中，Spring Security 是一个非常强大的框架，用于处理应用程序的安全性。它不仅提供了认证（Authentication）功能，还提供了授权（Authorization）功能，确保用户只能访问他们被授权的资源。

Spring Security 框架中对认证功能进行介绍：

Spring Security 框架篇-深入了解 Spring Security 的认证功能流程和自定义实现登录接口（实现自定义认证过滤器、登出功能）-CSDN博客

1.1 引入

Spring Security 的授权功能主要围绕着几个核心概念构建：

        1）权限（Permissions）：
        权限是最低级别的安全控制，通常与特定的操作或资源相关联。例如，read、write、delete等权限可以被分配给特定的数据对象或业务操作。
2）角色（Roles）：
        角色是一组权限的集合。在应用中，通常会根据职责的不同来定义不同的角色，如管理员、普通用户、访客等。每个角色拥有一系列权限，这些权限定义了该角色可以执行的操作。
3）访问决策管理器（Access Decision Manager）：
        这个组件负责决定是否允许请求访问受保护的资源。它基于配置的策略（如一致同意、多数同意等）来评估所有相关的权限和角色。
4）投票者（Voters）：
        投票者是访问决策管理器的一部分，它们根据用户的权限对访问请求进行投票。投票结果影响最终的访问决策。
5）方法安全（Method Security）：
        Spring Security 提供了在方法级别上实现细粒度安全控制的能力。通过使用注解如 @PreAuthorize 和 @PostAuthorize，可以为特定的方法调用设置访问控制规则。
6）URL 安全（URL Security）：
        通过配置 HTTP 请求的安全性，可以限制对特定 URL 模式的访问。这通常是通过在 HttpSecurity 配置中定义匹配模式和相应的访问规则来实现的。

1.2 RBAC 权限模型

        RBAC，即基于角色的访问控制，是一种广泛使用的安全模型，它将权限与角色关联起来，而不是直接与用户关联。这样做的好处包括但不限于：
        简化管理：通过管理少量的角色及其权限，而不是大量的个人用户权限，大大减少了管理工作量。
        提高灵活性：当组织结构或业务需求发生变化时，可以通过调整角色和权限来快速适应，而不需要逐个修改用户权限。
        增强安全性：通过最小权限原则，每个用户只拥有完成其工作所需的最少权限，从而减少潜在的安全风险。

在 Spring Security 中实现 RBAC 模型通常涉及以下步骤：
        定义角色：根据应用的需求定义不同的角色。
        分配权限：为每个角色分配适当的权限。
        用户角色映射：将用户与一个或多个角色关联起来。
        配置安全策略：利用 Spring Security 提供的工具（如 @Secured 注解、@PreAuthorize 表达式等）来定义哪些角色可以访问哪些资源或执行哪些操作。
通过这种方式，Spring Security 可以有效地支持复杂的权限管理和访问控制需求，帮助开发者构建更加安全可靠的应用程序。

1.3 数据库设计

如果将其分解进行数据库设计，RBAC0基本模型可以分成以下五个部分：

1）User（用户）：每个用户都有唯一的UID识别，并被授予不同的角色
2）Role（角色）：不同角色具有不同的权限
3）Permission（权限）：访问权限
4）用户-角色映射：用户和角色之间的映射关系
5）角色-权限映射：角色和权限之间的映射

转换成数据库表的话大致如下所示：

这就可以实现给用户进行授权相关的权限。

根据业务需求，对数据库进行设计：

-- ----------------------------
-- Table structure for sys_menu
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `sys_menu`;
CREATE TABLE `sys_menu`  (
  `id` bigint(0) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `menu_name` varchar(64) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NOT NULL DEFAULT 'NULL' COMMENT '菜单名',
  `path` varchar(200) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '路由地址',
  `component` varchar(255) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '组件路径',
  `visible` char(1) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT '0' COMMENT '菜单状态（0显示 1隐藏）',
  `status` char(1) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT '0' COMMENT '菜单状态（0正常 1停用）',
  `perms` varchar(100) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '权限标识',
  `icon` varchar(100) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT '#' COMMENT '菜单图标',
  `create_by` bigint(0) NULL DEFAULT NULL,
  `create_time` datetime(0) NULL DEFAULT NULL,
  `update_by` bigint(0) NULL DEFAULT NULL,
  `update_time` datetime(0) NULL DEFAULT NULL,
  `del_flag` int(0) NULL DEFAULT 0 COMMENT '是否删除（0未删除 1已删除）',
  `remark` varchar(500) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '备注',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 2 CHARACTER SET = utf8mb4 COLLATE = utf8mb4_0900_ai_ci COMMENT = '菜单表' ROW_FORMAT = Dynamic;

-- ----------------------------
-- Records of sys_menu
-- ----------------------------
INSERT INTO `sys_menu` VALUES (1, '部门管理', ' dept', ' system/dept/index', '0', '0', 'system:dept:list', '#', NULL, NULL, NULL, NULL, 0, NULL);
INSERT INTO `sys_menu` VALUES (2, ' 测试', 'test', 'system/test/index', '0', '0', 'system:test:list', '#', NULL, NULL, NULL, NULL, 0, NULL);

-- ----------------------------
-- Table structure for sys_role
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `sys_role`;
CREATE TABLE `sys_role`  (
  `id` bigint(0) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(128) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT NULL,
  `role_key` varchar(100) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '角色权限字符串',
  `status` char(1) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT '0' COMMENT '角色状态（0正常 1停用）',
  `del_flag` int(0) NULL DEFAULT 0 COMMENT 'del_flag',
  `create_by` bigint(0) NULL DEFAULT NULL,
  `create_time` datetime(0) NULL DEFAULT NULL,
  `update_by` bigint(0) NULL DEFAULT NULL,
  `update_time` datetime(0) NULL DEFAULT NULL,
  `remark` varchar(500) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '备注',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 3 CHARACTER SET = utf8mb4 COLLATE = utf8mb4_0900_ai_ci COMMENT = '角色表' ROW_FORMAT = Dynamic;

-- ----------------------------
-- Records of sys_role
-- ----------------------------
INSERT INTO `sys_role` VALUES (1, 'CEO', 'ceo', '0', 0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL);
INSERT INTO `sys_role` VALUES (2, 'Coder', ' coder', '0', 0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL);

-- ----------------------------
-- Table structure for sys_role_menu
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `sys_role_menu`;
CREATE TABLE `sys_role_menu`  (
  `role_id` bigint(0) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '角色ID',
  `menu_id` bigint(0) NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '菜单id',
  PRIMARY KEY (`role_id`, `menu_id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 2 CHARACTER SET = utf8mb4 COLLATE = utf8mb4_0900_ai_ci ROW_FORMAT = Dynamic;

-- ----------------------------
-- Records of sys_role_menu
-- ----------------------------
INSERT INTO `sys_role_menu` VALUES (1, 1);
INSERT INTO `sys_role_menu` VALUES (1, 2);
INSERT INTO `sys_role_menu` VALUES (2, 2);

-- ----------------------------
-- Table structure for sys_user
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `sys_user`;
CREATE TABLE `sys_user`  (
  `id` bigint(0) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `user_name` varchar(64) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NOT NULL DEFAULT 'NULL' COMMENT '用户名',
  `nick_name` varchar(64) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NOT NULL DEFAULT 'NULL' COMMENT '昵称',
  `password` varchar(64) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NOT NULL DEFAULT 'NULL' COMMENT '密码',
  `status` char(1) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT '0' COMMENT '账号状态（0正常 1停用）',
  `email` varchar(64) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '邮箱',
  `phonenumber` varchar(32) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '手机号',
  `sex` char(1) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '用户性别（0男，1女，2未知）',
  `avatar` varchar(128) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '头像',
  `user_type` char(1) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NOT NULL DEFAULT '1' COMMENT '用户类型（0管理员，1普通用户）',
  `create_by` bigint(0) NULL DEFAULT NULL COMMENT '创建人的用户id',
  `create_time` datetime(0) NULL DEFAULT NULL COMMENT '创建时间',
  `update_by` bigint(0) NULL DEFAULT NULL COMMENT '更新人',
  `update_time` datetime(0) NULL DEFAULT NULL COMMENT '更新时间',
  `del_flag` int(0) NULL DEFAULT 0 COMMENT '删除标志（0代表未删除，1代表已删除）',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 3 CHARACTER SET = utf8mb4 COLLATE = utf8mb4_0900_ai_ci COMMENT = '用户表' ROW_FORMAT = Dynamic;

-- ----------------------------
-- Records of sys_user
-- ----------------------------
INSERT INTO `sys_user` VALUES (1, 'xbs', '小扳手', '$2a$10$WCD7xp6lxrS.PvGmL86nhuFHMKJTc58Sh0dG1EQw0zSHjlLFyFvde', '0', NULL, NULL, NULL, NULL, '1', NULL, NULL, NULL, NULL, 0);
INSERT INTO `sys_user` VALUES (2, 'test', '测试用户', '$10$WCD7xp6lxrS.PvGmL86nhuFHMKJTc58Sh0dG1EQw0zSHjlLFyFvde', '0', NULL, NULL, NULL, NULL, '1', NULL, NULL, NULL, NULL, 0);

-- ----------------------------
-- Table structure for sys_user_role
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `sys_user_role`;
CREATE TABLE `sys_user_role`  (
  `user_id` bigint(0) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '用户id',
  `role_id` bigint(0) NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '角色id',
  PRIMARY KEY (`user_id`, `role_id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8mb4 COLLATE = utf8mb4_0900_ai_ci ROW_FORMAT = Dynamic;

-- ----------------------------
-- Records of sys_user_role
-- ----------------------------
INSERT INTO `sys_user_role` VALUES (1, 1);
INSERT INTO `sys_user_role` VALUES (2, 2);

2.0 Spring Security 核心功能-授权

2.1 思路分析

在登录验证过程中，即在实现 UserDetailsService 接口的 MyUserDetailService 实现类里面除了将用户的基本信息进行封装返回，还需要将用户的权限信息也要进行封装返回。

2.2 编写 SQL 语句

以用户 "xbs" 为例子：

当然可以直接通过多个表关联查询，这里将 SQL 分开是为了更好梳理用户、角色、权限之间的关系。

2.3 将用户权限进行封装

由于需要封装到 LoginUser 类中，则添加 List<String> permissions 成员变量来存放权限信息，且为了其他类可以获取到这些权限信息，还需要重写 getAuthorities() 方法，返回权限信息。

@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class LoginUser implements UserDetails {
    /** 使用构造方法初始化 */
    private User user;

    /** 存储权限信息 */
    private List<String> permissions;

    /** 存储SpringSecurity所需要的权限信息的集合 */
    @JSONField(serialize = false)
    private List<GrantedAuthority> authorities;



    /** 重写getAuthorities方法，将String类型的权限List转换成GrantedAuthority类型的集合 */
    @Override
    public Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities() {
        if (authorities != null){
            return authorities;
        }
        authorities = permissions.stream()
                .map(SimpleGrantedAuthority::new)
                .collect(Collectors.toList());
        return authorities;
    }

    public LoginUser(User user, List<String> roles) {
        this.user = user;
        this.permissions = roles;
    }

    @Override
    public String getPassword() {
        return user.getPassword();
    }

    @Override
    public String getUsername() {
        return user.getUserName();
    }



    /** 下面的方法暂时全部都让他们返回true */
    @Override
    public boolean isAccountNonExpired() {
        return true;
    }

    @Override
    public boolean isAccountNonLocked() {
        return true;
    }

    @Override
    public boolean isCredentialsNonExpired() {
        return true;
    }

    @Override
    public boolean isEnabled() {
        return true;
    }
}

如果其他类频繁的调用 getAuthorities() 方法来获取权限信息，就会重复的进行封装 GrantedAuthority 实体类，因此，当 authorities 不为 Null，说明之前已经被调用 getAuthorities() 方法来获取权限信息，现在直接可以从 authorities 实体获取权限信息即可。

这里需要注意的是因为 SimpleGrantedAuthority 无法序列化，如果直接使用，fastjson 转换时就会出错，即 Redis 存取时会运行异常，因此我们需要使用 @JSONField 关闭其序列化；

MyUserDetailService 类：

@Service
public class MyUserDetailService implements UserDetailsService {
    @Autowired
    private UserMapper userMapper;

    @Override
    public UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException {

        //根据username查询数据库
        User user = userMapper.selectByUserName(username);
        if (user == null){
            throw new RuntimeException("用户不存在");
        }

        //还需要查询用户权限信息
        List<String> roles = userMapper.selectUserRoleByUserId(user.getId());

        //将查询到的结果user和权限进行封装
        return new LoginUser(user,roles);
    }
}

2.4 获取用户权限

在登录认证中，需要获取用户权限，且将用户权限存放到 SecurityContextHolder 容器中，方便在后续的过滤器进行权限校验。

在 MySecurityFilter 登录认证过滤器中，验证成功之后，将获取的用户权限加载到 SecurityContextHolder 容器，在后续的 FlterSecurityInterceptor 权限校验器中进行校验，如果校验失败则会抛出 403 异常。

代码如下：

MySecurityFilter 登录认证过滤器

@Configuration
public class MySecurityFilter extends OncePerRequestFilter {

    @Autowired
    private RedisCache redisCache;
    @Override
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain) throws ServletException, IOException {
        //先去尝试获取从请求头中获取token数据
        String jwt = request.getHeader("token");
        //判断token是否为null
        if (StringUtils.isNullOrEmpty(jwt)){
            //这里有两种情况
            //第一种就是正在去登录过程
            //第二种就是token过期了
            //因此直接放行即可，在SpringSecurity后续的过滤器中会进行判断
            filterChain.doFilter(request,response);
            return;
        }
        //如果token不为null，则需要去解析token
        String userId;
        try {
            //解析token
            userId = JwtUtil.parseJWT(jwt).getSubject();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            //解析失败，直接返回错误信息
            throw new RuntimeException("token非法");
        }

        //根据用户id去Redis中查找缓存信息
        LoginUser loginUser = redisCache.getCacheObject("login:" + userId);
        if (Objects.isNull(loginUser)){
            throw new RuntimeException("用户登录已过期，请重新登录");
        }
        //获取用户权限信息
        Collection<? extends GrantedAuthority> authorities = loginUser.getAuthorities();
        //将用户的基本信息与权限信息封装到UsernamePasswordAuthenticationToken中
        UsernamePasswordAuthenticationToken loginUserToken
                = new UsernamePasswordAuthenticationToken(loginUser,null,authorities);
        //再将封装好的信息放入SecurityContextHolder中，为了后续的过滤器进行判断
        SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(loginUserToken);
        //放行
        filterChain.doFilter(request,response);

    }
}

2.5 启动预授权

Spring Security 为我们提供了基于注解的权限控制方案，可以使用注解去指定访问对应的资源所需的权限，需要手动开启，在 SecurityConfig 配置类上开启预授权功能。

在开启了预授权之后，就可以使用 @PreAuthorize 注解对接口进行权限控制了，该注解中使用 SPEL 表达式进行权限配置，表达式中的参数为权限名，对应我们获取的 perms 权限集合。

举个例子：

使用 @PreAuthorize 注解，调用 hasAuthority("权限标识") 方法，如果该用户存在该权限，则返回 true，证明该用户有权限访问该接口；如果该用户不存在该权限，则返回 false，说明该用户不存在该权限，不允许访问当前接口。

相关源码：

3.0 自定义异常处理器

这写着认证授权时我们会发现有些地方我们是手动抛了异常的，但是为什么在返回的数据中并没有我们想要的数据呢？

这是因为在 Spring Security 中默认对抛出的异常进行了捕获并对其进行了处理，因此就会返回上图中的数据。但是没明显我们并不是很想让他返回这种数据，而是在抛异常时也能返回我们的统一返回格式，这样可以让前端能对响应进行统一的处理。要实现这个功能我们需要知道 Spring Security 的异常处理机制。

在 Spring Security 过滤链中，可以通过重写相关的方法来自定义异常处理器。

1）对于登录验证过程中抛出的异常：

需要实现 AuthenticationEntryPoint 接口，重写 commence() 方法，从而来手动自定义异常处理器。

这个可以使用统一返回格式，使用 Result 对象封装好相关的信息，然后通过 httpServletResponse.getWriter() 方法得到 PrintWriter 对象，再由该对象调用 write() 方法写到客户端。

举个简单的例子，这里就直接返回字符串给客户端了。

@Component
public class MyAuthenticationEntryPoint implements AuthenticationEntryPoint {
    @Override
    public void commence(HttpServletRequest httpServletRequest, HttpServletResponse httpServletResponse, AuthenticationException e) throws IOException, ServletException {
        PrintWriter writer = httpServletResponse.getWriter();
        writer.write("登录验证过程中抛出的异常");
    }
}

2）对于授权验证过程中抛出的异常：

需要实现 AccessDeniedHandler 接口，重写 handle() 方法。

@Component
public class AccessDeniedHandlerImpl implements AccessDeniedHandler {
    @Override
    public void handle(HttpServletRequest httpServletRequest, HttpServletResponse httpServletResponse, AccessDeniedException e) throws IOException, ServletException {
        PrintWriter writer = httpServletResponse.getWriter();
        writer.write("权限不足");
    }
}

在编写完成对应的处理器之后，需要配置给 Spring Security 框架，让框架使用我们自定义的异常处理器，这同样是在 SecurityConfig 配置类中的 configure 方法进行配置。

SecurityConfig 配置类：

@Configuration
@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true)
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    /**
     * 将BCryptPasswordEncoder加入到容器中
     **/
    @Bean
    public PasswordEncoder passwordEncoder(){
        return new BCryptPasswordEncoder();
    }

    @Bean
    @Override
    public AuthenticationManager authenticationManagerBean() throws Exception {
        return super.authenticationManagerBean();
    }

    @Autowired
    private MySecurityFilter mySecurityFilter;

    @Autowired
    private MyAuthenticationEntryPoint myAuthenticationEntryPoint;
    @Autowired
    private AccessDeniedHandlerImpl accessDeniedHandlerImpl;
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
                //关闭csrf
                .csrf().disable()
                //不通过Session获取SecurityContext
                .sessionManagement().sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS)
                .and()
                .authorizeRequests()
                .antMatchers("/userLogin").anonymous()
                // 除上面外的所有请求全部需要鉴权认证
                .anyRequest().authenticated();
        // 参数列表分别为需要插入的过滤器和标识过滤器的字节码
        http.addFilterBefore(mySecurityFilter, UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);

        //配置自定义异常处理器
        http.exceptionHandling()
                .authenticationEntryPoint(myAuthenticationEntryPoint)
                .accessDeniedHandler(accessDeniedHandlerImpl);
    }
}

4.0 自定义校验权限方法

在 Spring Security 框架中，一般是通过 @PreAuthorize("hasAuthority('权限标识')") 这种方法来进行校验的，也可以手动自定义来创建校验权限的方法，会更加灵活。

首先定义一个实体类，且将该类交给 IOC 容器成为 Bean 对象：

@Component("ex")
public class ExpressionRoot {

    public boolean hasAuthority(String authority){
        //先获取当前用户权限
        Authentication authentication = SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication();
        LoginUser principal = (LoginUser) authentication.getPrincipal();
        //再获取权限集合
        List<String> permissions = principal.getPermissions();
        //判断用户权限集合中是否存在该权限
        return permissions.contains(authority);
    }
}

在 SecurityContextHolder 容器中获取用户权限信息，直接调用 getPermissions() 方法获取到权限集合。接着判断用户权限集合是否包含当前接口所需要的权限 authority 。

然后在 @PreAuthorize 注解中调用该类的方法即可：

    @GetMapping("/hello")
    @PreAuthorize("@ex.hasAuthority('system:test:list')")
    public String hello(){
        return "hello xbs";
    }