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短信验证码—Java实现

在业务需求中我们经常会用到短信验证码，比如手机号登录、绑定手机号、忘记密码、敏感操作等，都可以通过短信验证码来保证操作的安全性，于是就记录下了一次开发的过程。

一.架构设计

image-20230429224839744

  • 发送短信是一个比较慢的过程，因为需要用到第三方服务（腾讯云短信服务），因此我们使用RabbitMq来做异步处理，前端点击获取验证码后，后端做完校验限流后直接返回发送成功。
  • 发送短信的服务是需要收费的，而且我们也不允许用户恶意刷接口，所以需要有一个接口限流方案，可考虑漏桶算法、令牌桶算法，这里采用令牌桶算法。

二.编码实现

① 环境搭建

  • Springboot 2.7.0
<dependencies><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId></dependency><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId></dependency><!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.google.code.gson/gson --><dependency><groupId>com.google.code.gson</groupId><artifactId>gson</artifactId><version>2.9.0</version></dependency><!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.commons/commons-lang3 --><dependency><groupId>org.apache.commons</groupId><artifactId>commons-lang3</artifactId><version>3.12.0</version></dependency><dependency><groupId>cn.hutool</groupId><artifactId>hutool-all</artifactId><version>5.8.9</version></dependency><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-configuration-processor</artifactId><optional>true</optional></dependency><dependency><groupId>org.projectlombok</groupId><artifactId>lombok</artifactId><optional>true</optional></dependency><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId><scope>test</scope></dependency><!-- https://mvnrepository.com/artifact/junit/junit --><dependency><groupId>junit</groupId><artifactId>junit</artifactId><version>4.13.2</version><scope>test</scope></dependency></dependencies>

② 令牌桶算法

这里使用Redis实现令牌桶算法，令牌桶算法具体细节可参考其他博客，这里不赘述，大致就是在 一个时间段 内，存在一定数量的令牌，我们需要拿到令牌才可以继续操作。

所以实现思路大致就是：

  • Redis 中记录上次拿取令牌的时间，以及令牌数，每个手机号对应一个桶
  • 每次拿令牌时，校验令牌是否足够。
/**
 * @author YukeSeko
 */@ComponentpublicclassRedisTokenBucket{@ResourceprivateRedisTemplate<String,String> redisTemplate;/**
     *  过期时间，400秒后过期
     */privatefinallong EXPIRE_TIME =400;/**
     * 令牌桶算法，一分钟以内，每个手机号只能发送一次
     * @param phoneNum
     * @return
     */publicbooleantryAcquire(String phoneNum){// 每个手机号码一分钟内只能发送一条短信int permitsPerMinute =1;// 令牌桶容量int maxPermits =1;// 获取当前时间戳long now =System.currentTimeMillis();String key =RedisConstant.SMS_BUCKET_PREFIX + phoneNum;// 计算令牌桶内令牌数int tokens =Integer.parseInt(redisTemplate.opsForValue().get(key +"_tokens")==null?"0": redisTemplate.opsForValue().get(key +"_tokens"));// 计算令牌桶上次填充的时间戳long lastRefillTime =Long.parseLong(redisTemplate.opsForValue().get(key +"_last_refill_time")==null?"0": redisTemplate.opsForValue().get(key +"_last_refill_time"));// 计算当前时间与上次填充时间的时间差long timeSinceLast = now - lastRefillTime;// 计算需要填充的令牌数int refill =(int)(timeSinceLast /1000* permitsPerMinute /60);// 更新令牌桶内令牌数
        tokens =Math.min(refill + tokens, maxPermits);// 更新上次填充时间戳
        redisTemplate.opsForValue().set(key +"_last_refill_time",String.valueOf(now),EXPIRE_TIME,TimeUnit.SECONDS);// 如果令牌数大于等于1，则获取令牌if(tokens >=1){
            tokens--;
            redisTemplate.opsForValue().set(key +"_tokens",String.valueOf(tokens),EXPIRE_TIME,TimeUnit.SECONDS);// 如果获取到令牌，则返回truereturntrue;}// 如果没有获取到令牌，则返回falsereturnfalse;}}

③ 业务代码

0.Pojo

/**
 * 短信服务传输对象
 * @author niuma
 * @create 2023-04-28 21:16
 */@Data@AllArgsConstructorpublicclassSmsDTOimplementsSerializable{privatestaticfinallong serialVersionUID =8504215015474691352L;String phoneNum;String code;}

1.Controller

/**
     * 发送短信验证码
     * @param phoneNum
     * @return
     */@GetMapping("/smsCaptcha")publicBaseResponse<String>smsCaptcha(@RequestParamString phoneNum){
        userService.sendSmsCaptcha(phoneNum);// 异步发送验证码，这里直接返回成功即可returnResultUtils.success("获取短信验证码成功！");}

2.Service

  • 手机号格式校验可参考其他人代码。
publicBooleansendSmsCaptcha(String phoneNum){if(StringUtils.isEmpty(phoneNum)){thrownewBusinessException(ErrorCode.PARAMS_ERROR,"手机号不能为空");}AuthPhoneNumberUtil authPhoneNumberUtil =newAuthPhoneNumberUtil();// 手机号码格式校验boolean checkPhoneNum = authPhoneNumberUtil.isPhoneNum(phoneNum);if(!checkPhoneNum){thrownewBusinessException(ErrorCode.PARAMS_ERROR,"手机号格式错误");}//生成随机验证码int code =(int)((Math.random()*9+1)*10000);SmsDTO smsDTO =newSmsDTO(phoneNum,String.valueOf(code));return smsUtils.sendSms(smsDTO);}

3.发送短信工具类

  • 提供两个方法 - sendSms：先从令牌桶中获取令牌，获取失败不允许发短信，获取成功后，将验证码信息存入Redis，使用RabbitMq异步发送短信- verifyCode：根据手机号校验验证码，使用Redis
/**
 * @author niuma
 * @create 2023-04-28 22:18
 */@Component@Slf4jpublicclassSmsUtils{@ResourceprivateRedisTemplate<String,String> redisTemplate;@ResourceprivateRedisTokenBucket redisTokenBucket;@ResourceprivateRabbitMqUtils rabbitMqUtils;publicbooleansendSms(SmsDTO smsDTO){// 从令牌桶中取得令牌，未取得不允许发送短信boolean acquire = redisTokenBucket.tryAcquire(smsDTO.getPhoneNum());if(!acquire){
            log.info("phoneNum：{}，send SMS frequent", smsDTO.getPhoneNum());returnfalse;}
        log.info("发送短信：{}",smsDTO);String phoneNum = smsDTO.getPhoneNum();String code = smsDTO.getCode();// 将手机号对应的验证码存入Redis，方便后续检验
        redisTemplate.opsForValue().set(RedisConstant.SMS_CODE_PREFIX + phoneNum,String.valueOf(code),5,TimeUnit.MINUTES);// 利用消息队列，异步发送短信
        rabbitMqUtils.sendSmsAsync(smsDTO);returntrue;}publicbooleanverifyCode(String phoneNum,String code){String key =RedisConstant.SMS_CODE_PREFIX + phoneNum;String checkCode = redisTemplate.opsForValue().get(key);if(StringUtils.isNotBlank(code)&& code.equals(checkCode)){
            redisTemplate.delete(key);returntrue;}returnfalse;}}

4.RabbitMq初始化

创建交换机和消息队列

/**
 * RabbitMQ配置
 * @author niumazlb
 */@Slf4j@ConfigurationpublicclassRabbitMqConfig{/**
     * 普通队列
     * @return
     */@BeanpublicQueuesmsQueue(){Map<String,Object> arguments =newHashMap<>();//声明死信队列和交换机消息，过期时间：1分钟
        arguments.put("x-dead-letter-exchange", SMS_EXCHANGE_NAME);
        arguments.put("x-dead-letter-routing-key", SMS_DELAY_EXCHANGE_ROUTING_KEY);
        arguments.put("x-message-ttl",60000);returnnewQueue(SMS_QUEUE_NAME,true,false,false,arguments);}/**
     * 死信队列：消息重试三次后放入死信队列
     * @return
     */@BeanpublicQueuedeadLetter(){returnnewQueue(SMS_DELAY_QUEUE_NAME,true,false,false);}/**
     * 主题交换机
     * @return
     */@BeanpublicExchangesmsExchange(){returnnewTopicExchange(SMS_EXCHANGE_NAME,true,false);}/**
     * 交换机和普通队列绑定
     * @return
     */@BeanpublicBindingsmsBinding(){returnnewBinding(SMS_QUEUE_NAME,Binding.DestinationType.QUEUE,SMS_EXCHANGE_NAME,SMS_EXCHANGE_ROUTING_KEY,null);}/**
     * 交换机和死信队列绑定
     * @return
     */@BeanpublicBindingsmsDelayBinding(){returnnewBinding(SMS_DELAY_QUEUE_NAME,Binding.DestinationType.QUEUE,SMS_EXCHANGE_NAME,SMS_DELAY_EXCHANGE_ROUTING_KEY,null);}}

5.Mq短信消息生产者

  • 通过实现ConfirmCallback、ReturnsCallback接口，提高消息的可靠性
  • sendSmsAsync：将消息的各种信息设置进Redis（重试次数、状态、数据），将消息投递进Mq，这里传入自己设置的messageId，方便监听器中能够在Redis中找到这条消息。
/**
 * 向mq发送消息，并进行保证消息可靠性处理
 *
 * @author niuma
 * @create 2023-04-29 15:09
 */@Component@Slf4jpublicclassRabbitMqUtilsimplementsRabbitTemplate.ConfirmCallback,RabbitTemplate.ReturnsCallback{@ResourceprivateRedisTemplate<String,String> redisTemplate;@ResourceprivateRabbitTemplate rabbitTemplate;privateString finalId =null;privateSmsDTO smsDTO =null;/**
     * 向mq中投递发送短信消息
     *
     * @param smsDTO
     * @throws Exception
     */publicvoidsendSmsAsync(SmsDTO smsDTO){String messageId =null;try{// 将 headers 添加到 MessageProperties 中，并发送消息
            messageId = UUID.randomUUID().toString();HashMap<String,Object> messageArgs =newHashMap<>();
            messageArgs.put("retryCount",0);//消息状态：0-未投递、1-已投递
            messageArgs.put("status",0);
            messageArgs.put("smsTo", smsDTO);//将重试次数和短信发送状态存入redis中去,并设置过期时间
            redisTemplate.opsForHash().putAll(RedisConstant.SMS_MESSAGE_PREFIX + messageId, messageArgs);
            redisTemplate.expire(RedisConstant.SMS_MESSAGE_PREFIX + messageId,10,TimeUnit.MINUTES);String finalMessageId = messageId;
            finalId = messageId;this.smsDTO = smsDTO;// 将消息投递到MQ，并设置消息的一些参数
            rabbitTemplate.convertAndSend(RabbitMqConstant.SMS_EXCHANGE_NAME,RabbitMqConstant.SMS_EXCHANGE_ROUTING_KEY, smsDTO, message ->{MessageProperties messageProperties = message.getMessageProperties();//生成全局唯一id
                messageProperties.setMessageId(finalMessageId);
                messageProperties.setContentEncoding("utf-8");return message;});}catch(Exception e){//出现异常，删除该短信id对应的redis，并将该失败消息存入到“死信”redis中去，然后使用定时任务去扫描该key，并重新发送到mq中去
            redisTemplate.delete(RedisConstant.SMS_MESSAGE_PREFIX + messageId);
            redisTemplate.opsForHash().put(RedisConstant.MQ_PRODUCER, messageId, smsDTO);thrownewRuntimeException(e);}}/**
     * 发布者确认的回调
     *
     * @param correlationData 回调的相关数据。
     * @param b               ack为真，nack为假
     * @param s               一个可选的原因，用于nack，如果可用，否则为空。
     */@Overridepublicvoidconfirm(CorrelationData correlationData,boolean b,String s){// 消息发送成功，将redis中消息的状态（status）修改为1if(b){
            redisTemplate.opsForHash().put(RedisConstant.SMS_MESSAGE_PREFIX + finalId,"status",1);}else{// 发送失败，放入redis失败集合中，并删除集合数据
            log.error("短信消息投送失败：{}-->{}", correlationData, s);
            redisTemplate.delete(RedisConstant.SMS_MESSAGE_PREFIX + finalId);
            redisTemplate.opsForHash().put(RedisConstant.MQ_PRODUCER, finalId,this.smsDTO);}}/**
     * 发生异常时的消息返回提醒
     *
     * @param returnedMessage
     */@OverridepublicvoidreturnedMessage(ReturnedMessage returnedMessage){
        log.error("发生异常，返回消息回调:{}", returnedMessage);// 发送失败，放入redis失败集合中，并删除集合数据
        redisTemplate.delete(RedisConstant.SMS_MESSAGE_PREFIX + finalId);
        redisTemplate.opsForHash().put(RedisConstant.MQ_PRODUCER, finalId,this.smsDTO);}@PostConstructpublicvoidinit(){
        rabbitTemplate.setConfirmCallback(this);
        rabbitTemplate.setReturnsCallback(this);}}

6.Mq消息监听器

  • 根据messageId从Redis中找到对应的消息（为了判断重试次数，规定重试3次为失败，加入死信队列）
  • 调用第三方云服务商提供的短信服务发送短信，通过返回值来判断是否发送成功
  • 手动确认消息
/**
 * @author niuma
 * @create 2023-04-29 15:35
 */@Component@Slf4jpublicclassSendSmsListener{@ResourceprivateRedisTemplate<String,String> redisTemplate;@ResourceprivateSendSmsUtils sendSmsUtils;/**
     * 监听发送短信普通队列
     * @param smsDTO
     * @param message
     * @param channel
     * @throws IOException
     */@RabbitListener(queues = SMS_QUEUE_NAME)publicvoidsendSmsListener(SmsDTO smsDTO,Message message,Channel channel)throwsIOException{String messageId = message.getMessageProperties().getMessageId();int retryCount =(int) redisTemplate.opsForHash().get(RedisConstant.SMS_MESSAGE_PREFIX + messageId,"retryCount");if(retryCount >3){//重试次数大于3，直接放到死信队列
            log.error("短信消息重试超过3次：{}",  messageId);//basicReject方法拒绝deliveryTag对应的消息，第二个参数是否requeue，true则重新入队列，否则丢弃或者进入死信队列。//该方法reject后，该消费者还是会消费到该条被reject的消息。
            channel.basicReject(message.getMessageProperties().getDeliveryTag(),false);
            redisTemplate.delete(RedisConstant.SMS_MESSAGE_PREFIX + messageId);return;}try{String phoneNum = smsDTO.getPhoneNum();String code = smsDTO.getCode();if(StringUtils.isAnyBlank(phoneNum,code)){thrownewRuntimeException("sendSmsListener参数为空");}// 发送消息SendSmsResponse sendSmsResponse = sendSmsUtils.sendSmsResponse(phoneNum, code);SendStatus[] sendStatusSet = sendSmsResponse.getSendStatusSet();SendStatus sendStatus = sendStatusSet[0];if(!"Ok".equals(sendStatus.getCode())||!"send success".equals(sendStatus.getMessage())){thrownewRuntimeException("发送验证码失败");}//手动确认消息
            channel.basicAck(message.getMessageProperties().getDeliveryTag(),false);
            log.info("短信发送成功：{}",smsDTO);
            redisTemplate.delete(RedisConstant.SMS_MESSAGE_PREFIX + messageId);}catch(Exception e){
            redisTemplate.opsForHash().put(RedisConstant.SMS_MESSAGE_PREFIX+messageId,"retryCount",retryCount+1);
            channel.basicReject(message.getMessageProperties().getDeliveryTag(),true);}}/**
     * 监听到发送短信死信队列
     * @param sms
     * @param message
     * @param channel
     * @throws IOException
     */@RabbitListener(queues = SMS_DELAY_QUEUE_NAME)publicvoidsmsDelayQueueListener(SmsDTO sms,Message message,Channel channel)throwsIOException{try{
            log.error("监听到死信队列消息==>{}",sms);
            channel.basicAck(message.getMessageProperties().getDeliveryTag(),false);}catch(Exception e){
            channel.basicReject(message.getMessageProperties().getDeliveryTag(),true);}}}

7.腾讯云短信服务

@ComponentpublicclassTencentClient{@Value("${tencent.secretId}")privateString secretId;@Value("${tencent.secretKey}")privateString secretKey;/**
     * Tencent应用客户端
     * @return
     */@BeanpublicSmsClientclient(){Credential cred =newCredential(secretId, secretKey);SmsClient smsClient =newSmsClient(cred,"ap-guangzhou");return smsClient;}}

@ComponentpublicclassSendSmsUtils{@ResourceprivateTencentClient tencentClient;@Value("${tencent.sdkAppId}")privateString sdkAppId;@Value("${tencent.signName}")privateString signName;@Value("${tencent.templateId}")privateString templateId;/**
     * 发送短信工具
     * @param phone
     * @return
     * @throws TencentCloudSDKException
     */publicSendSmsResponse sendSmsResponse (String phone,String code)throwsTencentCloudSDKException{SendSmsRequest req =newSendSmsRequest();/* 短信应用ID */// 应用 ID 可前往 [短信控制台](https://console.cloud.tencent.com/smsv2/app-manage) 查看
        req.setSmsSdkAppId(sdkAppId);/* 短信签名内容: 使用 UTF-8 编码，必须填写已审核通过的签名 */// 签名信息可前往 [国内短信](https://console.cloud.tencent.com/smsv2/csms-sign) 或 [国际/港澳台短信](https://console.cloud.tencent.com/smsv2/isms-sign) 的签名管理查看
        req.setSignName(signName);/* 模板 ID: 必须填写已审核通过的模板 ID */// 模板 ID 可前往 [国内短信](https://console.cloud.tencent.com/smsv2/csms-template) 或 [国际/港澳台短信](https://console.cloud.tencent.com/smsv2/isms-template) 的正文模板管理查看
        req.setTemplateId(templateId);/* 模板参数: 模板参数的个数需要与 TemplateId 对应模板的变量个数保持一致，若无模板参数，则设置为空 */String[] templateParamSet ={code};
        req.setTemplateParamSet(templateParamSet);/* 下发手机号码，采用 E.164 标准，+[国家或地区码][手机号]
         * 示例如：+8613711112222， 其中前面有一个+号 ，86为国家码，13711112222为手机号，最多不要超过200个手机号 */String[] phoneNumberSet =newString[]{"+86"+ phone};
        req.setPhoneNumberSet(phoneNumberSet);/* 用户的 session 内容（无需要可忽略）: 可以携带用户侧 ID 等上下文信息，server 会原样返回
        String sessionContext = "";
        req.setSessionContext(sessionContext);
        *//* 通过 client 对象调用 SendSms 方法发起请求。注意请求方法名与请求对象是对应的
         * 返回的 res 是一个 SendSmsResponse 类的实例，与请求对象对应 */SmsClient client = tencentClient.client();returnclient.SendSms(req);}}

配置文件

tencent:secretId:#你的secretIdsecretKey:#你的secretKeysdkAppId:#你的sdkAppIdsignName:#你的signNametemplateId:#你的templateId

三. 心得

  1. 消息队列的一个用法
  2. ConfirmCallback、ReturnsCallback接口的使用
  3. 腾讯云短信服务的使用
  4. 令牌桶算法的实践
标签： java rabbitmq redis
本文转载自: https://blog.csdn.net/idogbin/article/details/130444691
版权归原作者 dogbin丶 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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