前言
日常开发中，客户端与服务器通常采用 HTTP 协议进行通信，但 HTTP 是没有状态的，无法记录用户的身份信息和行为。
会话跟踪技术是一种在客户端与服务器间保持 HTTP 状态的解决方案，我们所熟知的有 Cookie + Session、URL 重写、Token 等。
Cookie 在浏览器保存 SessionID、Session 实际内容保存在服务端，目前的项目都是前后端分离 + 微服务，所以会面临 Session 共享问题，随着用户量的增多，开销就会越大。URL 重写又是通过明文传输，不安全容易被劫持。
Token 的优势：
What is JWT ？
JWT 的全称是 Json Web Token，是一种基于 JSON 的、用于在网络上声明某种主张的令牌（token）规范。
官方解释:
JWT 由三部分组成：hand、payload、signature，各部分通过 ‘ . ’ 连接
xxxx . yyyy . zzzz
1、HEAD
头部是一个 JSON 对象，存储描述数据类型（JWT）和签名算法（HSA256、RSA256），通过 Base64UrlEncode 编码后生成 head 。
2、PAYLOAD
负载存放一些传输的有效声明，可以使用官方提供的声明，也可以自定义声明。同样通过 Base64UrlEncode 编码后生成 payload。声明可以分为三种类型：
官方预定义的、非强制性的但是推荐使用的、有助于交互的声明(注意使用这些声明只能是三个字符)。
保留给 JWT 的使用者自定义。但是需要注意避免使用IANA JSON Web Token Registry中定义的关键字。
保留给 JWT 的使用者自定义，用来传送传输双方约定好的消息。（（—_—）是不是没搞懂 public claims 和 private claims 的区别，阿浪也不知道）
3、SIGNATURE
数据签名是 JWT 的核心部分，构成较为复杂，且无法被反编码。
HS256加密：signature = HMACSHA256( base64UrlEncode(header) + "." +base64UrlEncode(payload), secret ); RS256加密： signature = RSASHA256(base64UrlEncode(header) + "." +base64UrlEncode(payload), publicKey, privateKey)
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signature 可以选择对称加密算法或者非对称加密算法，常用的就是 HS256、RS256。
4、JWT 执行逻辑
逻辑清晰明了，用户首次登陆时，通过传输账号密码验证身份，验证成功后，服务器生成 Token 响应用户。用户后续请求只需要传送 Token，服务器只需对 Token 进行校验来确认身份。
双 Token 保证 活跃用户
1、活跃用户
Token 用于身份认证时，如果有效期设置太长，泄露了会不安全。如果设置太短，用户频繁的重新登陆，程序员的祖坟有可能不保。那如何界定有效时间呢？这就要引入一个概念：用户的活跃性。
系统把用户分为活跃用户和不活跃用户，对于不活跃用户，token 过期后需要重新登陆，因为使用频率较低，token 失活后重新登陆，他的感受没有那么强烈。
活跃用户在 token 过期后，不应该直接登陆，而是要根据他的活跃时间来判定是否重新激活 token，当符合条件时，直接激活 Token，带给用户最好的体验。
若 token 有效期时长为 at，活跃用户时长计为 rt，且用户每次操作客户端后活跃时间都与之同步刷新。
这种情况，当然可以确定属于活跃用户。在整个 token 的有效期用户都在操作，如果这时 token 失效让重新登陆，用户体验确实不好。
既然 rt 与 at 相等时，属于活跃用户，这种可以算是激进分子了。
这种情况比较复杂，我们无法界定 rt 在 at 中所占比例为多少时属于活跃用户，而且我们也无法推测 token 失效后，用户啥时候再次请求，因此定义为不活跃用户。
2、accessToken、refreshToken 两兄弟
用户首次登陆后，获得 accessToken(时长较短)和 refreshToken(时间较长)，每次请求判断 accessToken 是否过期。
当 access_token 过期后，判断 refreshToken 是否过期，若没过期，则通过 refreshToken 刷新获取新的 access_token，如果都过期，就需要重新登录了。
由活跃用户分析可知，当 rt >= at，用户在 at 时间内都是活跃的。设 accessToken 的有效期为用户的活跃时间 rt，当 rt <= refresh_Time，直接刷新 rt。所以可以认为 [accessToken 创建开始时间点 ，2 * accessToken 有效时长 ] 时间内用户是活跃的
建议：refreshToken 时间 >= 2 * accessToken 时间。
auth0 大法
JWT 只是规范，就像 Java 中的接口，无法直接使用，需要一个实现规范的具体实现库。平时开发中较多使用 jjwt，据传 auth0 的底层实现效率更高。注意，auth0 不是 OAuth2，不要搞混了。
首先，加入 maven 依赖，最新版本就是 3.16.0。
HS256 算法
HS256 是对称加密算法，相对来说比较简单易上手，网上例子也很详尽，感兴趣可以自己查找资料。我们主要来看看非对称加密算法。
RS256 算法
1、生成密钥对
想签发 Token，首先要生成 PublicKey 和 PrivateKey。JDK 的 java.security. interfaces 包提供了 RS 算法的密钥对类型。我们直接构建一个存方密钥对的 POJO 类。
public class RSA256Key {
private RSAPublicKey publicKey; private RSAPrivateKey privateKey;
public RSA256Key() { }
public RSA256Key(RSAPublicKey publicKey, RSAPrivateKey privateKey) { this.publicKey = publicKey; this.privateKey = privateKey; }}***省略getter和setter***
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然后写一个密钥生成的工具类，通过官方信息可知，密钥对的实例生成后可重复使用。因此，我打算采用单例的双重校验锁来控制密钥对象的生成。如果并发量过大的话，自己可以加一个自定义线程池去生成。
//数字签名 public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";
//RSA密钥长度 public static final int KEY_SIZE = 1024;
//唯一的密钥实例 private static volatile RSA256Key rsa256Key;
/** * 生成 公钥/私钥 * * 由双重校验锁保证创建唯一的密钥实例，因此创建完成后仅有唯一实例。 * 当被JVM回收后，才会创建新的实例 * @return * @throws NoSuchAlgorithmException */ public static RSA256Key generateRSA256Key() throws NoSuchAlgorithmException {
//第一次校验：单例模式只需要创建一次实例，若存在实例，不需要继续竞争锁， if (rsa256Key == null) { //RSA256Key单例的双重校验锁 synchronized(RSA256Key.class) { //第二次校验：防止锁竞争中自旋的线程，拿到系统资源时，重复创建实例 if (rsa256Key == null) { //密钥生成所需的随机数源 KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); keyPairGen.initialize(KEY_SIZE); //通过KeyPairGenerator生成密匙对KeyPair KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair(); //获取公钥和私钥 RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic(); RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate(); rsa256Key = new RSA256Key(); rsa256Key.setPublicKey(publicKey); rsa256Key.setPrivateKey(privateKey); }
} } return rsa256Key; }
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单例的双重校验锁能够严格保证 RSAPublicKey 对象生成的唯一性，当线程们进入 generateRSA256Key()方法验证实例对象为空时，最快的线程拿到锁资源，并阻塞后续线程。
KeyPairGenerator 是密钥生成的核心类，根据我们自定义的密钥长度 KEY_SIZE 来生成密钥。密钥生成创建 RSA256Key 实例对象时，此处有个坑(当然是并发量足够大时)，希望有大佬指点：虽然 synchronized 阻塞住了部分线程，但当 RSA256Key 实例化后还未赋值前，正巧有新线程刚检测 rsa256Key，直接跳到后续逻辑，因为密钥实例值为空报出异常
2、签发 Token
Token 的签发逻辑很简单，auth0 为我们封装的很好，只需要向 Algorithm 的静态方法 RSA256 传递私钥，通过 JWT 类内的 withXXX()方法传参即可。
/** * 签发Token * * withIssuer()给PAYLOAD添加一跳数据 => token发布者 * withClaim()给PAYLOAD添加一跳数据 => 自定义声明 （key，value） * withIssuedAt() 给PAYLOAD添加一条数据 => 生成时间 * withExpiresAt()给PAYLOAD添加一条数据 => 保质期 * * @param data * @return * @throws NoSuchAlgorithmException */ public static String creatTokenByRS256(Object data) throws NoSuchAlgorithmException { //初始化 公钥/私钥 RSA256Key rsa256Key = SecretKeyUtil.generateRSA256Key();
//加密时，使用私钥生成RS算法对象 Algorithm algorithm = Algorithm.RSA256(rsa256Key.getPrivateKey());
return JWT.create() //签发人 .withIssuer(ISSUER) //接收者 .withAudience(data.toString()) //签发时间 .withIssuedAt(new Date()) //过期时间 .withExpiresAt(DateUtil.addHours(2)) //相关信息 .withClaim("data", JsonUtil.toJsonString(data)) //签入 .sign(algorithm); }
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/** * Creates a new Algorithm instance using SHA256withRSA. Tokens specify this as "RS256". * * @param key the key to use in the verify or signing instance. * @return a valid RSA256 Algorithm. * @throws IllegalArgumentException if the Key Provider is null. * @deprecated use {@link #RSA256(RSAPublicKey, RSAPrivateKey)} or {@link #RSA256(RSAKeyProvider)} */ @Deprecated public static Algorithm RSA256(RSAKey key) throws IllegalArgumentException { RSAPublicKey publicKey = key instanceof RSAPublicKey ? (RSAPublicKey) key : null; RSAPrivateKey privateKey = key instanceof RSAPrivateKey ? (RSAPrivateKey) key : null; return RSA256(publicKey, privateKey); } /** * Creates a new Algorithm instance using SHA256withRSA. Tokens specify this as "RS256". * * @param publicKey the key to use in the verify instance. * @param privateKey the key to use in the signing instance. * @return a valid RSA256 Algorithm. * @throws IllegalArgumentException if both provided Keys are null. */ public static Algorithm RSA256(RSAPublicKey publicKey, RSAPrivateKey privateKey) throws IllegalArgumentException { return RSA256(RSAAlgorithm.providerForKeys(publicKey, privateKey)); }
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因为我们是使用的 RSAPublicKey 和 RSAPrivateKey 存储的密钥，而且两种类型都继承自 RSAKey，所以我们可以直接调用 RSA256(RSAKey key)，只需传入私钥，逻辑会自动为公钥赋 null，顺序调用第二个方法。
但是该方法标记了 @Deprecated，说明官方废除了这方法。我们只能直接调用第二个方法，所以传参需要我们自己指定 null 值，而且有些不了解 RS256 算法的人， 会同时传入公钥与私钥。
/** * Creates a new Algorithm instance using SHA256withRSA. Tokens specify this as "RS256". * * @param keyProvider the provider of the Public Key and Private Key for the verify and signing instance. * @return a valid RSA256 Algorithm. * @throws IllegalArgumentException if the provided Key is null. */ public static Algorithm RSA256(RSAKeyProvider keyProvider) throws IllegalArgumentException { return new RSAAlgorithm("RS256", "SHA256withRSA", keyProvider); }
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通过调用上面两个方法生成 RSAKeyProvider,调入该方法，最终生成 Algorithm 对象。
3、校验 Token
校验与签发同样简单，只是通过 PublicKey 生成 Algorithm，因为我把加密解密都放在了服务端，省去了很多不必要的麻烦。
public static boolean verifierToken(String token) throws NoSuchAlgorithmException {
//获取公钥/私钥 RSA256Key rsa256Key = SecretKeyUtil.generateRSA256Key();
//根据密钥对生成RS256算法对象 Algorithm algorithm = Algorithm.RSA256(rsa256Key.getPublicKey());
System.out.println("PublicKey: " + rsa256Key.getPublicKey().getPublicExponent());
//解密时，使用gong钥生成算法对象 JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm) .withIssuer(ISSUER) .build();
try { //验证Token，verifier自动验证 DecodedJWT jwt = verifier.verify(token); return true; }catch (JWTVerificationException e){ log.error("Token无法通过验证! " + e.getMessage()); return false; }
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通过 JWTVerifier 对象可生成 DecodedJWT，如果想获取具体的 TOken 信息，可通过 DecodedJWT 获取。
对 auth0 底层实现感兴趣的同学，可以从 gitHub 上 clone 下来自己跑起来看一看。学一学别人源码中的设计模式和逻辑处理。
源码：github.com/auth0/java-jwt
文中所涉及的代码在我的 GitHub 中：西门阿浪
创作不易，如果觉得有帮助，希望点个👍，关注阿浪的公众号【西门阿浪】!
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