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设计一个可扩展的用户登录系统 (2)

廖雪峰 / 编程 / ... / Reads: 5257

设计一个可扩展的用户登录系统 (1)中,我们设计了可扩展的数据库表的结构,基本思想是:

  • Users表只存储User的Profile信息,没有任何认证信息(例如,不存Password);
  • 每一种登录方式对应一个XxxAuth表,该表存储对应的认证信息,以及一个userId字段用于关联到某个User

数据库结构再好,代码写得乱七八糟,一样没法扩展。所以本文讨论的,就是如何编写认证代码。

现在的问题是,在Web系统中,由于HTTP请求本质上是无状态的,每个已认证用户的信息都必须通过Cookie来传递。

不对啊,我们无论用ASP、PHP还是JSP,打开服务器的session就可以识别用户了啊!

少年,服务器的session也无非是靠一个特殊名称的Cookie来识别而已,只不过由服务器本身帮你完成了解析Cookie、在session中查找User的过程,而代价却是内存占用高,单台服务器变成有状态,无法简单扩展成集群。遇到不懂事的年轻人,什么都敢往session里扔,很快就把服务器搞死了。

所以,除了演示程序外,我们从不用服务器提供的session。

如果仔细思考用户的登录过程,又可以发现,其实不同的登录方式实现起来复杂度也是不同的。

用户名+口令登录

当用户需要以用户名+口令来登录时,我们会让用户填写一个登录表单,如果验证通过,就给用户生成一个可靠的Cookie来标识这个用户:

signin-by-form

如果用户继续访问其他页面,我们就需要利用这个Cookie来识别用户。

通过第三方网站登录

当用户需要以第三方OAuth登录时,我们会让用户重定向到第三方登录页,例如微博登录页,如果用户在第三方登录成功,第三方会再把用户重定向回我们的网站,并附上一个code表示是否验证通过。如果验证通过,我们还需要给用户生成一个可靠的Cookie来标识这个用户:

signin-by-oauth

通过HTTP Authorization Header登录

这种方式通常不是用户自己发起的请求,而是由代表用户的机器发起的请求。因为每个页面都会附上Authorization: Basic XXXXX这个Header,所以每个页面都需要验证。

通过X-API-Token登录

这种方式和上一种情况类似,也是由代表用户的机器发起的请求,不同的是用X-API-Token代替了Authorization Header,更安全可靠。同上,每个页面都需要验证。

如何认证

现在问题来了,这么多类型的认证,怎么才能把代码写得能看明白?

复杂的问题都要分解成几步。我们先看通过用户名+口令的表单登录。

在这种条件下,用户首先要被导向到一个登录URL,例如,/signin,然后填写用户名和口令。具体验证方式就是利用Users表和LocalAuth表,如果验证成功,我们就创建一个可信的Cookie给用户。

通过第三方网站登录也是类似的,要先把用户导向到登录URL,登录成功后,创建一个可信的Cookie。

剩下的问题就只有一个:用户每访问一个普通页面,如何确认用户身份?

确认用户身份,我们需要一个统一的Authenticator接口。以Java为例,该接口看起来如下:

public interface Authenticator {
    // 认证成功返回User,认证失败抛出异常,无认证信息返回null:
    User authenticate(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws AuthenticateException;
}

接下来,对于每一种类型的认证,我们都编写一个对应的Authenticator的实现类。例如,针对表单登录后的Cookie,需要一个LocalCookieAuthenticator

public LocalCookieAuthenticator implements Authenticator {
    public User authenticate(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        String cookie = getCookieFromRequest(request, 'cookieName');
        if (cookie == null) {
            return null;
        }
        return getUserByCookie(cookie);
    }
}

对于直接用Basic认证的Authorization Header,我们需要一个BasicAuthenticator

public BasicAuthenticator implements Authenticator {
    public User authenticate(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        String auth = getHeaderFromRequest(request, "Authorization");
        if (auth == null) {
            return null;
        }
        String username = parseUsernameFromAuthorizationHeader(auth);
        String password = parsePasswordFromAuthorizationHeader(auth);
        return authenticateUserByPassword(username, password);
    }
}

对于用API Token认证的方式,同样编写一个APIAuthenticator

public APIAuthenticator implements Authenticator {
    public User authenticate(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        String token = getHeaderFromRequest(request, "X-API-Token");
        if (token == null) {
            return null;
        }
        return authenticateUserByAPIToken(token);
    }
}

然后在一个统一的入口处,例如Filter里面,把这些Authenticator全部串起来,让它们依次自己去尝试认证:

public class GlobalFilter implements Filter {
    // 所有的Authenticator都在这里:
    Authenticator[] authenticators = initAuthenticators();

    // 每个页面都会执行的代码:
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) {
        User user = null;
        for (Authenticator auth : this.authenticators) {
            user = auth.authenticate(request, response);
            if (user != null) {
                break;
            }
        }
        // user放哪?
        chain.doFilter(request, response);
    }
}

现在,一个可扩展的认证体系在Web层就基本搭建完成了,我们可以随意组合各种Authenticator,优先级高的放前面。一旦某个Authenticator成功地认证了用户,后面的Authenticator就不执行了。

最后只剩一个问题:认证成功后的User对象放哪?

放session里?NO,我们在前面已经拒绝了使用服务器提供的session。放request里?也不好,因为HTTP级别的对象太低级,很难传到业务层里。

那你说应该放哪?

当然是放到一个与业务逻辑相关的地方了,比如UserContext中。把Filter代码改写如下:

public class GlobalFilter implements Filter {
    Authenticator[] authenticators = initAuthenticators();

    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) {
        // 链式认证获得User:
        User user = tryGetAuthenticatedUser(request, response);
        // 把User绑定到UserContext中:
        try (UserContext ctx = new UserContext(user)) {
            chain.doFilter(request, response);
        }
    }
}

这样一来,任何地方需要获得当前User时,只需要写:

User user = UserContext.getCurrentUser();

是不是太简单了?

最后总结一下我们编写认证逻辑的思路:

  1. 每一种认证方式都是一种Authenticator的实现;
  2. 把所有认证方式串起来,在一个统一的Filter入口来认证;
  3. 认证后的User对象用UserContext存储,并提供一个简单的方法返回当前User

好处如下:

  1. 认证方式可简单扩展;
  2. 认证逻辑统一在一处。

还有一个最大的好处,就是业务相关的代码根本就不需要依赖底层HTTP对象,比如session和request,它们只依赖UserContext,这才是真正的解耦,并且非常容易测试业务逻辑,因为不再需要模拟session和request。

赶快按照上述思想,把上面的认证代码调通后,细心的同学才能发现,本文还遗留了几个小问题:

  1. 表单和OAuth认证成功后,如何生成“可信”的Cookie?
  2. 如何根据“可信”的Cookie识别用户?
  3. UserContext怎么编写?

这些小问题将会在系列(3)中一一解答。

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