講透單點登錄原理與簡單實現(xiàn)

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回復(fù)"架構(gòu)師"獲取資源

大家好，我是架構(gòu)君，一個會寫代碼吟詩的架構(gòu)師。

一、單系統(tǒng)登錄機制

1、http無狀態(tài)協(xié)議

web應(yīng)用采用browser/server架構(gòu)，http作為通信協(xié)議。http是無狀態(tài)協(xié)議，瀏覽器的每一次請求，服務(wù)器會獨立處理，不與之前或之后的請求產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，這個過程用下圖說明，三次請求/響應(yīng)對之間沒有任何聯(lián)系

但這也同時意味著，任何用戶都能通過瀏覽器訪問服務(wù)器資源，如果想保護服務(wù)器的某些資源，必須限制瀏覽器請求；要限制瀏覽器請求，必須鑒別瀏覽器請求，響應(yīng)合法請求，忽略非法請求；要鑒別瀏覽器請求，必須清楚瀏覽器請求狀態(tài)。既然http協(xié)議無狀態(tài)，那就讓服務(wù)器和瀏覽器共同維護一個狀態(tài)吧！這就是會話機制

2、會話機制

瀏覽器第一次請求服務(wù)器，服務(wù)器創(chuàng)建一個會話，并將會話的id作為響應(yīng)的一部分發(fā)送給瀏覽器，瀏覽器存儲會話id，并在后續(xù)第二次和第三次請求中帶上會話id，服務(wù)器取得請求中的會話id就知道是不是同一個用戶了，這個過程用下圖說明，后續(xù)請求與第一次請求產(chǎn)生了關(guān)聯(lián)

服務(wù)器在內(nèi)存中保存會話對象，瀏覽器怎么保存會話id呢？你可能會想到兩種方式

將會話id作為每一個請求的參數(shù)，服務(wù)器接收請求自然能解析參數(shù)獲得會話id，并借此判斷是否來自同一會話，很明顯，這種方式不靠譜。那就瀏覽器自己來維護這個會話id吧，每次發(fā)送http請求時瀏覽器自動發(fā)送會話id，cookie機制正好用來做這件事。

cookie是瀏覽器用來存儲少量數(shù)據(jù)的一種機制，數(shù)據(jù)以”key/value“形式存儲，瀏覽器發(fā)送http請求時自動附帶cookie信息

tomcat會話機制當然也實現(xiàn)了cookie，訪問tomcat服務(wù)器時，瀏覽器中可以看到一個名為“JSESSIONID”的cookie，這就是tomcat會話機制維護的會話id，使用了cookie的請求響應(yīng)過程如下圖

3、登錄狀態(tài)

有了會話機制，登錄狀態(tài)就好明白了，我們假設(shè)瀏覽器第一次請求服務(wù)器需要輸入用戶名與密碼驗證身份，服務(wù)器拿到用戶名密碼去數(shù)據(jù)庫比對，正確的話說明當前持有這個會話的用戶是合法用戶，應(yīng)該將這個會話標記為“已授權(quán)”或者“已登錄”等等之類的狀態(tài)，既然是會話的狀態(tài)，自然要保存在會話對象中，tomcat在會話對象中設(shè)置登錄狀態(tài)如下

HttpSession session = request.getSession();session.setAttribute("isLogin", true);

用戶再次訪問時，tomcat在會話對象中查看登錄狀態(tài)

HttpSession session = request.getSession();session.getAttribute("isLogin");

實現(xiàn)了登錄狀態(tài)的瀏覽器請求服務(wù)器模型如下圖描述

每次請求受保護資源時都會檢查會話對象中的登錄狀態(tài)，只有 isLogin=true 的會話才能訪問，登錄機制因此而實現(xiàn)。

二、多系統(tǒng)的復(fù)雜性

web系統(tǒng)早已從久遠的單系統(tǒng)發(fā)展成為如今由多系統(tǒng)組成的應(yīng)用群，面對如此眾多的系統(tǒng)，用戶難道要一個一個登錄、然后一個一個注銷嗎？就像下圖描述的這樣

web系統(tǒng)由單系統(tǒng)發(fā)展成多系統(tǒng)組成的應(yīng)用群，復(fù)雜性應(yīng)該由系統(tǒng)內(nèi)部承擔，而不是用戶。無論web系統(tǒng)內(nèi)部多么復(fù)雜，對用戶而言，都是一個統(tǒng)一的整體，也就是說，用戶訪問web系統(tǒng)的整個應(yīng)用群與訪問單個系統(tǒng)一樣，登錄/注銷只要一次就夠了

雖然單系統(tǒng)的登錄解決方案很完美，但對于多系統(tǒng)應(yīng)用群已經(jīng)不再適用了，為什么呢？

單系統(tǒng)登錄解決方案的核心是cookie，cookie攜帶會話id在瀏覽器與服務(wù)器之間維護會話狀態(tài)。但cookie是有限制的，這個限制就是cookie的域（通常對應(yīng)網(wǎng)站的域名），瀏覽器發(fā)送http請求時會自動攜帶與該域匹配的cookie，而不是所有cookie

既然這樣，為什么不將web應(yīng)用群中所有子系統(tǒng)的域名統(tǒng)一在一個頂級域名下，例如“*.baidu.com”，然后將它們的cookie域設(shè)置為“baidu.com”，這種做法理論上是可以的，甚至早期很多多系統(tǒng)登錄就采用這種同域名共享cookie的方式。

然而，可行并不代表好，共享cookie的方式存在眾多局限。首先，應(yīng)用群域名得統(tǒng)一；其次，應(yīng)用群各系統(tǒng)使用的技術(shù)（至少是web服務(wù)器）要相同，不然cookie的key值（tomcat為JSESSIONID）不同，無法維持會話，共享cookie的方式是無法實現(xiàn)跨語言技術(shù)平臺登錄的，比如java、php、.net系統(tǒng)之間；第三，cookie本身不安全。

因此，我們需要一種全新的登錄方式來實現(xiàn)多系統(tǒng)應(yīng)用群的登錄，這就是單點登錄

三、單點登錄

什么是單點登錄？單點登錄全稱Single Sign On（以下簡稱SSO），是指在多系統(tǒng)應(yīng)用群中登錄一個系統(tǒng)，便可在其他所有系統(tǒng)中得到授權(quán)而無需再次登錄，包括單點登錄與單點注銷兩部分

1、登錄

相比于單系統(tǒng)登錄，sso需要一個獨立的認證中心，只有認證中心能接受用戶的用戶名密碼等安全信息，其他系統(tǒng)不提供登錄入口，只接受認證中心的間接授權(quán)。

間接授權(quán)通過令牌實現(xiàn)，sso認證中心驗證用戶的用戶名密碼沒問題，創(chuàng)建授權(quán)令牌，在接下來的跳轉(zhuǎn)過程中，授權(quán)令牌作為參數(shù)發(fā)送給各個子系統(tǒng)，子系統(tǒng)拿到令牌，即得到了授權(quán)，可以借此創(chuàng)建局部會話，局部會話登錄方式與單系統(tǒng)的登錄方式相同。這個過程，也就是單點登錄的原理，用下圖說明

下面對上圖簡要描述

用戶登錄成功之后，會與sso認證中心及各個子系統(tǒng)建立會話，用戶與sso認證中心建立的會話稱為全局會話，用戶與各個子系統(tǒng)建立的會話稱為局部會話，局部會話建立之后，用戶訪問子系統(tǒng)受保護資源將不再通過sso認證中心，全局會話與局部會話有如下約束關(guān)系

你可以通過博客園、百度、csdn、淘寶等網(wǎng)站的登錄過程加深對單點登錄的理解，注意觀察登錄過程中的跳轉(zhuǎn)url與參數(shù)

2、注銷

單點登錄自然也要單點注銷，在一個子系統(tǒng)中注銷，所有子系統(tǒng)的會話都將被銷毀，用下面的圖來說明

so認證中心一直監(jiān)聽全局會話的狀態(tài)，一旦全局會話銷毀，監(jiān)聽器將通知所有注冊系統(tǒng)執(zhí)行注銷操作

下面對上圖簡要說明

四、部署圖

單點登錄涉及sso認證中心與眾子系統(tǒng)，子系統(tǒng)與sso認證中心需要通信以交換令牌、校驗令牌及發(fā)起注銷請求，因而子系統(tǒng)必須集成sso的客戶端，sso認證中心則是sso服務(wù)端，整個單點登錄過程實質(zhì)是sso客戶端與服務(wù)端通信的過程，用下圖描述

sso認證中心與sso客戶端通信方式有多種，這里以簡單好用的httpClient為例，web service、rpc、restful api都可以

五、實現(xiàn)

只是簡要介紹下基于java的實現(xiàn)過程，不提供完整源碼，明白了原理，我相信你們可以自己實現(xiàn)。sso采用客戶端/服務(wù)端架構(gòu)，我們先看sso-client與sso-server要實現(xiàn)的功能（下面：sso認證中心=sso-server）

sso-client

sso-server

接下來，我們按照原理來一步步實現(xiàn)sso吧！

1、sso-client攔截未登錄請求

java攔截請求的方式有servlet、filter、listener三種方式，我們采用filter。在sso-client中新建LoginFilter.java類并實現(xiàn)Filter接口，在doFilter()方法中加入對未登錄用戶的攔截

public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {    HttpServletRequest req = (HttpServletRequest) request;    HttpServletResponse res = (HttpServletResponse) response;    HttpSession session = req.getSession();
    if (session.getAttribute("isLogin")) {        chain.doFilter(request, response);        return;    }    //跳轉(zhuǎn)至sso認證中心    res.sendRedirect("sso-server-url-with-system-url");}

2、sso-server攔截未登錄請求

攔截從sso-client跳轉(zhuǎn)至sso認證中心的未登錄請求，跳轉(zhuǎn)至登錄頁面，這個過程與sso-client完全一樣

3、sso-server驗證用戶登錄信息

用戶在登錄頁面輸入用戶名密碼，請求登錄，sso認證中心校驗用戶信息，校驗成功，將會話狀態(tài)標記為“已登錄”

@RequestMapping("/login")public String login(String username, String password, HttpServletRequest req) {    this.checkLoginInfo(username, password);    req.getSession().setAttribute("isLogin", true);    return "success";}

4、sso-server創(chuàng)建授權(quán)令牌

授權(quán)令牌是一串隨機字符，以什么樣的方式生成都沒有關(guān)系，只要不重復(fù)、不易偽造即可，下面是一個例子

String token = UUID.randomUUID().toString();

5、sso-client取得令牌并校驗

sso認證中心登錄后，跳轉(zhuǎn)回子系統(tǒng)并附上令牌，子系統(tǒng)（sso-client）取得令牌，然后去sso認證中心校驗，在LoginFilter.java的doFilter()中添加幾行

// 請求附帶token參數(shù)String token = req.getParameter("token");if (token != null) {    // 去sso認證中心校驗token    boolean verifyResult = this.verify("sso-server-verify-url", token);    if (!verifyResult) {        res.sendRedirect("sso-server-url");        return;    }    chain.doFilter(request, response);}

verify()方法使用httpClient實現(xiàn)，這里僅簡略介紹，httpClient詳細使用方法請參考官方文檔

HttpPost httpPost = new HttpPost("sso-server-verify-url-with-token");HttpResponse httpResponse = httpClient.execute(httpPost);

6、sso-server接收并處理校驗令牌請求

用戶在sso認證中心登錄成功后，sso-server創(chuàng)建授權(quán)令牌并存儲該令牌，所以，sso-server對令牌的校驗就是去查找這個令牌是否存在以及是否過期，令牌校驗成功后sso-server將發(fā)送校驗請求的系統(tǒng)注冊到sso認證中心（就是存儲起來的意思）

令牌與注冊系統(tǒng)地址通常存儲在key-value數(shù)據(jù)庫（如redis）中，redis可以為key設(shè)置有效時間也就是令牌的有效期。redis運行在內(nèi)存中，速度非常快，正好sso-server不需要持久化任何數(shù)據(jù)。

令牌與注冊系統(tǒng)地址可以用下圖描述的結(jié)構(gòu)存儲在redis中，可能你會問，為什么要存儲這些系統(tǒng)的地址？

如果不存儲，注銷的時候就麻煩了，用戶向sso認證中心提交注銷請求，sso認證中心注銷全局會話，但不知道哪些系統(tǒng)用此全局會話建立了自己的局部會話，也不知道要向哪些子系統(tǒng)發(fā)送注銷請求注銷局部會話

7、sso-client校驗令牌成功創(chuàng)建局部會話

令牌校驗成功后，sso-client將當前局部會話標記為“已登錄”，修改LoginFilter.java，添加幾行

if (verifyResult) {    session.setAttribute("isLogin", true);}

sso-client還需將當前會話id與令牌綁定，表示這個會話的登錄狀態(tài)與令牌相關(guān)，此關(guān)系可以用java的hashmap保存，保存的數(shù)據(jù)用來處理sso認證中心發(fā)來的注銷請求

8、注銷過程

用戶向子系統(tǒng)發(fā)送帶有“l(fā)ogout”參數(shù)的請求（注銷請求），sso-client攔截器攔截該請求，向sso認證中心發(fā)起注銷請求

String logout = req.getParameter("logout");if (logout != null) {    this.ssoServer.logout(token);}

sso認證中心也用同樣的方式識別出sso-client的請求是注銷請求（帶有“l(fā)ogout”參數(shù)），sso認證中心注銷全局會話

@RequestMapping("/logout")public String logout(HttpServletRequest req) {    HttpSession session = req.getSession();    if (session != null) {        session.invalidate();//觸發(fā)LogoutListener    }    return "redirect:/";}

sso認證中心有一個全局會話的監(jiān)聽器，一旦全局會話注銷，將通知所有注冊系統(tǒng)注銷

public class LogoutListener implements HttpSessionListener {    @Override    public void sessionCreated(HttpSessionEvent event) {}    @Override    public void sessionDestroyed(HttpSessionEvent event) {        //通過httpClient向所有注冊系統(tǒng)發(fā)送注銷請求    }}

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