Java中JWT（JSON Web Token）的运用

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JWT（JSON Web Token）是一种开放标准（RFC 7519），用于在网络应用环境间以紧凑的方式安全地传递信息。JWT可以被用作身份验证和信息交换的手段，特别适合用于前后端分离的应用程序。

1. JWT的结构

JWT由三部分组成：

• Header（头部）: 通常包含令牌的类型（JWT）和所使用的签名算法（如HMAC SHA256或RSA）。
• Payload（负载）: 包含声明（claims），即要传递的数据。其中可以包含注册声明（如 iss、exp、sub 等）和自定义声明。
• Signature（签名）: 用于验证消息的完整性和发送者的身份。通过将编码后的header和payload与一个密钥结合，利用指定的算法生成。

JWT的格式如下：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

2. JWT的优点

• 无状态: 不需要在服务器存储会话信息，减轻了服务器的负担。
• 跨域: 可以在不同的域之间进行身份验证。
• 自包含: 含有用户身份信息，避免频繁查询数据库。

3. JWT的流转过程

1. 用户通过登录接口发送用户名和密码。
2. 服务器验证用户信息，如果成功，则生成JWT并返回给用户。
3. 用户在后续请求中带上JWT，通常放在HTTP请求的Authorization头中。
4. 服务器解析JWT，验证其有效性，允许或拒绝请求。

4.具体案例

好的，让我们更详细地探讨如何在Java Spring Boot应用程序中实现JWT身份验证，包括每一步的代码和说明。

一、项目结构

Spring Boot项目结构如下：

src
├── main
│   ├── java
│   │   └── com
│   │       └── example
│   │           └── jwt
│   │               ├── JwtApplication.java
│   │               ├── config
│   │               │   └── SecurityConfig.java
│   │               ├── controller
│   │               │   └── AuthController.java
│   │               ├── model
│   │               │   └── User.java
│   │               ├── service
│   │               │   └── JwtUtil.java
│   │               └── filter
│   │                   └── JwtRequestFilter.java
│   └── resources
│       └── application.properties
└── test

二、依赖配置

在

pom.xml

中添加必要的依赖：

<dependencies><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId></dependency><dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt</artifactId><version>0.9.1</version></dependency></dependencies>

三、用户模型

创建一个简单的用户模型：

packagecom.example.jwt.model;publicclassUser{privateString username;privateString password;// Constructors, getters, and setters//也可以使用LombokpublicUser(String username,String password){this.username = username;this.password = password;}publicStringgetUsername(){return username;}publicStringgetPassword(){return password;}}

四、JWT工具类

创建JWT工具类，负责生成和解析JWT：

packagecom.example.jwt.service;importio.jsonwebtoken.Claims;importio.jsonwebtoken.Jwts;importio.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;importorg.springframework.stereotype.Component;importjava.util.Date;importjava.util.HashMap;importjava.util.Map;/**
*Jwt工具类
*/@Component//加入Spring容器publicclassJwtUtil{privateString secret ="your_secret_key";// 强密码privatelong expiration =60*60*1000;// 1小时//这个方法用于生成 JWT。它接受用户名作为参数。publicStringgenerateToken(String username){Map<String,Object> claims =newHashMap<>();returncreateToken(claims, username);}//私有方法，用于实际生成 JWTprivateStringcreateToken(Map<String,Object> claims,String subject){returnJwts.builder()//开始构建 JWT 的构建器.setClaims(claims)//设置 JWT 中的声明.setSubject(subject)//设置主题（通常是用户名）.setIssuedAt(newDate(System.currentTimeMillis()))//设置 JWT 的签发时间.setExpiration(newDate(System.currentTimeMillis()+ expiration))//设置 JWT 的过期时间.signWith(SignatureAlgorithm.HS256, secret)//使用指定的算法（HS256）和密钥对 JWT 进行签名.compact();//生成最终的 JWT 字符串}//用于验证给定的 JWT 是否有效。publicBooleanvalidateToken(String token,String username){finalString extractedUsername =extractUsername(token);//提取 JWT 中的用户名return(extractedUsername.equals(username)&&!isTokenExpired(token));//检查提取的用户名与提供的用户名是否匹配，并且检查 JWT 是否未过期}//从 JWT 中提取用户名publicStringextractUsername(String token){returnextractAllClaims(token).getSubject();}//解析 JWT 并返回所有声明privateClaimsextractAllClaims(String token){returnJwts.parser().setSigningKey(secret).parseClaimsJws(token).getBody();}//使用密钥解析 JWT 获取其主体部分（声明）//检查 JWT 是否已过期privateBooleanisTokenExpired(String token){returnextractAllClaims(token).getExpiration().before(newDate());}}

五、JWT请求过滤器

创建JWT请求过滤器，用于拦截请求并验证JWT：

packagecom.example.jwt.filter;importcom.example.jwt.service.JwtUtil;importorg.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;importorg.springframework.security.core.context.SecurityContextHolder;importorg.springframework.security.core.userdetails.UserDetails;importorg.springframework.security.core.userdetails.UserDetailsService;importorg.springframework.security.web.authentication.WebAuthenticationDetailsSource;importorg.springframework.stereotype.Component;importorg.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter;importjavax.servlet.FilterChain;importjavax.servlet.ServletException;importjavax.servlet.http.HttpServletRequest;importjavax.servlet.http.HttpServletResponse;importjava.io.IOException;@Component// 将该类标记为 Spring 组件，以便自动扫描和管理publicclassJwtRequestFilterextendsOncePerRequestFilter{@Autowired// 自动注入 JwtUtil 实例privateJwtUtil jwtUtil;@Autowired// 自动注入 UserDetailsService 实例privateUserDetailsService userDetailsService;@OverrideprotectedvoiddoFilterInternal(HttpServletRequest request,HttpServletResponse response,FilterChain chain)throwsServletException,IOException{// 从请求中获取 Authorization 头部finalString authorizationHeader = request.getHeader("Authorization");String username =null;// 初始化用户名String jwt =null;// 初始化 JWT 令牌// 检查 Authorization 头部是否存在且以 "Bearer " 开头if(authorizationHeader !=null&& authorizationHeader.startsWith("Bearer ")){// 提取 JWT 令牌（去掉 "Bearer " 前缀）
            jwt = authorizationHeader.substring(7);// 从 JWT 中提取用户名
            username = jwtUtil.extractUsername(jwt);}// 如果用户名不为空且当前 SecurityContext 没有身份验证信息if(username !=null&&SecurityContextHolder.getContext().getAuthentication()==null){// 根据用户名加载用户详细信息UserDetails userDetails = userDetailsService.loadUserByUsername(username);// 验证 JWT 是否有效if(jwtUtil.validateToken(jwt, userDetails.getUsername())){// 创建身份验证令牌，并设置用户的权限UsernamePasswordAuthenticationToken authenticationToken =newUsernamePasswordAuthenticationToken(userDetails,null, userDetails.getAuthorities());// 设置请求的详细信息
                authenticationToken.setDetails(newWebAuthenticationDetailsSource().buildDetails(request));// 将身份验证信息存入 SecurityContextSecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authenticationToken);}}// 继续过滤器链
        chain.doFilter(request, response);}}

六、安全配置

配置Spring Security，以保护API并使用JWT：

packagecom.example.jwt.config;importcom.example.jwt.filter.JwtRequestFilter;importorg.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;importorg.springframework.context.annotation.Bean;importorg.springframework.context.annotation.Configuration;importorg.springframework.security.authentication.AuthenticationManager;importorg.springframework.security.config.annotation.authentication.builders.AuthenticationManagerBuilder;importorg.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;importorg.springframework.security.config.annotation.web.configuration.EnableWebSecurity;importorg.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;importorg.springframework.security.config.http.SessionCreationPolicy;importorg.springframework.security.crypto.bcrypt.BCryptPasswordEncoder;importorg.springframework.security.crypto.password.PasswordEncoder;@Configuration@EnableWebSecuritypublicclassSecurityConfigextendsWebSecurityConfigurerAdapter{@AutowiredprivateJwtRequestFilter jwtRequestFilter;@Overrideprotectedvoidconfigure(HttpSecurity http)throwsException{
        http.csrf().disable().authorizeRequests().antMatchers("/auth/login").permitAll()// 公开登录接口.anyRequest().authenticated()// 其他接口需要认证.and().sessionManagement().sessionCreationPolicy(SessionCreationPolicy.STATELESS);// 无状态会话// 添加JWT过滤器
        http.addFilterBefore(jwtRequestFilter,UsernamePasswordAuthenticationFilter.class);}@Overrideprotectedvoidconfigure(AuthenticationManagerBuilder auth)throwsException{
        auth.inMemoryAuthentication().withUser("user").password(passwordEncoder().encode("password")).roles("USER");// 示例用户}@BeanpublicPasswordEncoderpasswordEncoder(){returnnewBCryptPasswordEncoder();}@Bean@OverridepublicAuthenticationManagerauthenticationManagerBean()throwsException{returnsuper.authenticationManagerBean();}}

七、身份验证控制器

创建一个控制器来处理登录请求并返回JWT：

packagecom.example.jwt.controller;importcom.example.jwt.model.User;importcom.example.jwt.service.JwtUtil;importorg.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;importorg.springframework.security.authentication.AuthenticationManager;importorg.springframework.security.authentication.UsernamePasswordAuthenticationToken;importorg.springframework.security.core.userdetails.UserDetails;importorg.springframework.security.core.userdetails.UserDetailsService;importorg.springframework.web.bind.annotation.*;@RestController@RequestMapping("/auth")publicclassAuthController{@AutowiredprivateJwtUtil jwtUtil;@AutowiredprivateAuthenticationManager authenticationManager;@AutowiredprivateUserDetailsService userDetailsService;@PostMapping("/login")publicStringlogin(@RequestBodyUser user){try{
            authenticationManager.authenticate(newUsernamePasswordAuthenticationToken(user.getUsername(), user.getPassword()));}catch(Exception e){thrownewRuntimeException("Invalid credentials");}finalUserDetails userDetails = userDetailsService.loadUserByUsername(user.getUsername());return jwtUtil.generateToken(userDetails.getUsername());}}

八、测试JWT

1. 启动Spring Boot应用程序。
2. 使用Postman或其他工具测试登录接口。

请求示例：

POST /auth/login
Content-Type: application/json

{
    "username": "user",
    "password": "password"
}

响应示例：

{
    "token": "eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5c..."
}

1. 使用返回的token访问受保护的资源：

GET /protected/resource
Authorization: Bearer eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5c...