Apache Shiro 全面指南：從入門到高級應用

一、Shiro 概述與核心架構

1.1 什么是 Shiro？

Apache Shiro 是一個強大且易用的 Java 安全框架，它提供了認證（Authentication）、授權（Authorization）、加密（Cryptography）和會話管理（Session Management）等功能。與 Spring Security 相比，Shiro 的設計更加直觀和簡單，同時又不失靈活性。

Shiro 的核心優勢：

  • 簡單性：API 設計友好，學習曲線平緩
  • 全面性：覆蓋了應用安全的各個方面
  • 靈活性：可以輕松集成到任何應用環境中
  • 可擴展性：所有組件都支持自定義擴展
  • 跨平臺：不僅限于 Web 應用，也可用于非 Web 環境

1.2 Shiro 核心架構

Shiro 的架構遵循了"分而治之"的設計理念，將安全功能劃分為多個獨立的組件：

+---------------------------------------------------+
|                   Application                     |
+---------------------------------------------------+
|                        Shiro                      |
+-------------------+----------------+--------------+
| Authentication    | Authorization  | Session Mgmt |
+-------------------+----------------+--------------+
| Cryptography      | Cache Mgmt     | Concurrency  |
+-------------------+----------------+--------------+
|                   Realms                          |
+---------------------------------------------------+
|               Security Manager                    |
+---------------------------------------------------+

核心組件解析：

  1. Subject：當前操作用戶的安全特定"視圖"
  2. SecurityManager：Shiro 的核心，協調各安全組件
  3. Authenticator：負責認證（登錄）操作
  4. Authorizer：負責授權（訪問控制）決策
  5. SessionManager：管理用戶會話
  6. CacheManager：提供緩存支持以提高性能
  7. Cryptography：提供加密/解密功能
  8. Realms：連接安全數據和 Shiro 的橋梁

二、快速入門：第一個 Shiro 應用

2.1 環境準備

2.1.1 添加 Maven 依賴
<dependency><groupId>org.apache.shiro</groupId><artifactId>shiro-core</artifactId><version>1.9.0</version>
</dependency>
<!-- 如果需要Web支持 -->
<dependency><groupId>org.apache.shiro</groupId><artifactId>shiro-web</artifactId><version>1.9.0</version>
</dependency>
<!-- 如果需要與Spring集成 -->
<dependency><groupId>org.apache.shiro</groupId><artifactId>shiro-spring</artifactId><version>1.9.0</version>
</dependency>
2.1.2 基本配置

創建 shiro.ini 配置文件：

[users]
# 格式：username = password, role1, role2, ...
admin = secret, admin
user1 = password, user
user2 = 123456, user[roles]
# 角色權限定義
admin = *
user = user:read,user:write

2.2 第一個 Shiro 示例

public class Quickstart {public static void main(String[] args) {// 1. 創建SecurityManager工廠Factory<SecurityManager> factory = new IniSecurityManagerFactory("classpath:shiro.ini");// 2. 獲取SecurityManager實例SecurityManager securityManager = factory.getInstance();// 3. 綁定SecurityManager到運行環境SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);// 4. 獲取當前用戶(Subject)Subject currentUser = SecurityUtils.getSubject();// 5. 模擬登錄if (!currentUser.isAuthenticated()) {UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("admin", "secret");try {currentUser.login(token);System.out.println("登錄成功！");} catch (AuthenticationException ae) {System.out.println("登錄失敗: " + ae.getMessage());}}// 6. 權限檢查if (currentUser.hasRole("admin")) {System.out.println("您有admin角色");} else {System.out.println("您沒有admin角色");}// 7. 權限檢查if (currentUser.isPermitted("user:create")) {System.out.println("您有創建用戶的權限");} else {System.out.println("您沒有創建用戶的權限");}// 8. 登出currentUser.logout();}
}

三、Shiro 核心概念深入

3.1 Subject 詳解

Subject 是 Shiro 的核心概念，代表當前與應用交互的實體（用戶、第三方服務等）。

關鍵方法：

方法描述
getPrincipal()獲取用戶身份（如用戶名）
getSession()獲取關聯的Session
login()/logout()登錄/登出
isAuthenticated()是否已認證
hasRole()檢查角色
isPermitted()檢查權限

多線程環境中的Subject：

// 在另一個線程中獲取Subject
Runnable runnable = () -> {Subject subject = SecurityUtils.getSubject();// 執行操作
};
new Thread(runnable).start();

3.2 SecurityManager 解析

SecurityManager 是 Shiro 架構的核心，負責協調各安全組件。

常見實現：

  • DefaultSecurityManager：默認實現
  • DefaultWebSecurityManager：Web應用專用

配置示例：

// 創建Realm
Realm realm = new IniRealm("classpath:shiro.ini");// 創建SecurityManager
SecurityManager securityManager = new DefaultSecurityManager(realm);// 配置SecurityManager
SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);

3.3 Realm 深入

Realm 是 Shiro 與應用安全數據的橋梁，負責獲取認證和授權信息。

內置Realm實現：

  • IniRealm：從INI文件讀取用戶信息
  • JdbcRealm：從數據庫讀取用戶信息
  • TextConfigurationRealm：內存配置
  • LdapRealm：連接LDAP服務器
  • ActiveDirectoryRealm：連接Active Directory

自定義Realm示例：

public class MyRealm extends AuthorizingRealm {// 授權@Overrideprotected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principals) {String username = (String) principals.getPrimaryPrincipal();SimpleAuthorizationInfo info = new SimpleAuthorizationInfo();// 添加角色info.addRoles(getRolesFromDB(username));// 添加權限info.addStringPermissions(getPermissionsFromDB(username));return info;}// 認證@Overrideprotected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {UsernamePasswordToken upToken = (UsernamePasswordToken) token;String username = upToken.getUsername();// 從數據庫獲取用戶信息User user = getUserFromDB(username);if (user == null) {throw new UnknownAccountException("用戶不存在");}// 返回認證信息return new SimpleAuthenticationInfo(user.getUsername(), // 身份user.getPassword(),  // 憑證getName()           // realm名稱);}// 模擬從數據庫獲取角色private Set<String> getRolesFromDB(String username) {// 實際應用中應從數據庫查詢Set<String> roles = new HashSet<>();if ("admin".equals(username)) {roles.add("admin");roles.add("user");} else {roles.add("user");}return roles;}// 模擬從數據庫獲取權限private Set<String> getPermissionsFromDB(String username) {Set<String> permissions = new HashSet<>();if ("admin".equals(username)) {permissions.add("user:create");permissions.add("user:update");permissions.add("user:delete");permissions.add("user:view");} else {permissions.add("user:view");}return permissions;}// 模擬從數據庫獲取用戶private User getUserFromDB(String username) {if ("admin".equals(username)) {return new User("admin", "secret");} else if ("user".equals(username)) {return new User("user", "password");}return null;}// 簡單的User類private static class User {private String username;private String password;public User(String username, String password) {this.username = username;this.password = password;}public String getUsername() { return username; }public String getPassword() { return password; }}
}

四、Shiro 認證機制

4.1 認證流程詳解

Shiro 的認證流程可以分為以下幾個步驟：

  1. 收集用戶身份/憑證：通常是用戶名/密碼
  2. 提交認證：調用 Subject.login() 方法
  3. Realm 認證：SecurityManager 委托 Realm 進行認證
  4. 成功/失敗處理：返回認證結果

認證流程圖：

+---------------+     +----------------+     +-------------------+
|   Subject     | --> | SecurityManager| --> | Authenticator     |
+---------------+     +----------------+     +-------------------+|v+-------------------+|     Realm(s)      |+-------------------+

4.2 多種認證方式

4.2.1 用戶名/密碼認證
UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken(username, password);
token.setRememberMe(true); // 記住我功能try {currentUser.login(token);// 認證成功
} catch (UnknownAccountException uae) {// 用戶名不存在
} catch (IncorrectCredentialsException ice) {// 密碼錯誤
} catch (LockedAccountException lae) {// 賬戶鎖定
} catch (AuthenticationException ae) {// 其他認證錯誤
}
4.2.2 多Realm認證

配置多個Realm：

[main]
# 定義多個Realm
realm1 = com.example.MyRealm1
realm2 = com.example.MyRealm2# 配置認證策略
authcStrategy = org.apache.shiro.authc.pam.FirstSuccessfulStrategy# 配置SecurityManager
securityManager.realms = $realm1, $realm2
securityManager.authenticator.authenticationStrategy = $authcStrategy

認證策略：

  • FirstSuccessfulStrategy：第一個成功認證的Realm即返回
  • AtLeastOneSuccessfulStrategy：至少一個Realm認證成功
  • AllSuccessfulStrategy：所有Realm都必須認證成功

4.3 記住我功能

Shiro 提供了開箱即用的"記住我"功能：

token.setRememberMe(true);

配置RememberMe：

[main]
# Cookie配置
rememberMeManager = org.apache.shiro.web.mgt.CookieRememberMeManager
rememberMeManager.cookie.name = rememberMe
rememberMeManager.cookie.maxAge = 2592000 # 30天securityManager.rememberMeManager = $rememberMeManager

五、Shiro 授權機制

5.1 授權基礎

Shiro 支持三種授權方式：

  1. 編程式：在代碼中檢查權限

    if (subject.hasRole("admin")) {// 有admin角色
}
if (subject.isPermitted("user:create")) {// 有創建用戶的權限
}

  2. 注解式：使用Java注解

    @RequiresRoles("admin")
public void deleteUser() {// 需要admin角色才能執行
}@RequiresPermissions("user:create")
public void createUser() {// 需要user:create權限才能執行
}

  3. 標簽式（JSP/GSP）：

    <shiro:hasRole name="admin"><!-- 只有admin角色能看到的內容 -->
</shiro:hasRole><shiro:hasPermission name="user:create"><!-- 有user:create權限能看到的內容 -->
</shiro:hasPermission>

5.2 權限字符串詳解

Shiro 的權限字符串支持通配符和多種格式：

  1. 簡單格式：printer:query

    • 第一部分：資源類型（如printer）
    • 第二部分：操作（如query）

  2. 多級格式：printer:query:lp7200

    • 第三部分：資源實例ID

  3. 通配符：

    • printer:*：對printer的所有操作
    • printer:query:*：查詢所有printer實例
    • *:query：對所有資源的查詢操作

5.3 自定義授權

5.3.1 自定義Permission
public class MyPermission implements Permission {private String resource;private String action;private String instance;public MyPermission(String permissionString) {String[] parts = permissionString.split(":");this.resource = parts.length > 0 ? parts[0] : null;this.action = parts.length > 1 ? parts[1] : null;this.instance = parts.length > 2 ? parts[2] : null;}@Overridepublic boolean implies(Permission p) {if (!(p instanceof MyPermission)) {return false;}MyPermission mp = (MyPermission) p;// 檢查資源是否匹配if (resource != null && !resource.equals(mp.resource)) {return false;}// 檢查操作是否匹配if (action != null && !action.equals(mp.action)) {return false;}// 檢查實例是否匹配if (instance != null && !instance.equals(mp.instance)) {return false;}return true;}
}
5.3.2 自定義RolePermissionResolver
public class MyRolePermissionResolver implements RolePermissionResolver {@Overridepublic Collection<Permission> resolvePermissionsInRole(String roleString) {Set<Permission> permissions = new HashSet<>();if ("admin".equals(roleString)) {permissions.add(new WildcardPermission("user:*"));permissions.add(new WildcardPermission("system:*"));} else if ("user".equals(roleString)) {permissions.add(new WildcardPermission("user:read,update"));}return permissions;}
}

六、Shiro 與 Web 集成

6.1 Shiro Filter 詳解

Shiro 為 Web 應用提供了一系列 Filter：

Filter Name描述
anon匿名訪問，不需要認證
authc需要認證才能訪問
authcBasic基本HTTP認證
logout退出登錄
noSession不創建會話
perms需要特定權限
port需要特定端口
restREST風格權限檢查
roles需要特定角色
ssl需要HTTPS
user需要已認證或記住我

配置示例（web.xml）：

<filter><filter-name>ShiroFilter</filter-name><filter-class>org.apache.shiro.web.servlet.ShiroFilter</filter-class>
</filter><filter-mapping><filter-name>ShiroFilter</filter-name><url-pattern>/*</url-pattern>
</filter-mapping>

配置示例（shiro.ini）：

[urls]
/login = authc
/logout = logout
/static/** = anon
/admin/** = authc, roles[admin]
/user/** = authc, perms["user:read"]
/** = user

6.2 會話管理

Shiro 提供了強大的會話管理功能，可以獨立于容器：

Subject currentUser = SecurityUtils.getSubject();
Session session = currentUser.getSession();
session.setAttribute("key", "value");
String value = (String) session.getAttribute("key");

會話配置：

[main]
sessionManager = org.apache.shiro.web.session.mgt.DefaultWebSessionManager# 會話超時時間（毫秒）
sessionManager.globalSessionTimeout = 1800000 # 30分鐘# 會話驗證間隔
sessionManager.sessionValidationInterval = 1800000 # 30分鐘securityManager.sessionManager = $sessionManager

6.3 記住我與SSO

記住我配置：

[main]
rememberMeManager = org.apache.shiro.web.mgt.CookieRememberMeManager
rememberMeManager.cipherKey = base64:abc123...= # 加密密鑰
securityManager.rememberMeManager = $rememberMeManager

SSO集成（以CAS為例）：

[main]
casRealm = org.apache.shiro.cas.CasRealm
casRealm.casServerUrlPrefix = https://cas.example.org/cas
casRealm.applicationUrl = https://myapp.example.orgsecurityManager.realms = $casRealm

七、Shiro 高級主題

7.1 緩存集成

Shiro 支持多種緩存實現（EhCache、Redis等）：

[main]
cacheManager = org.apache.shiro.cache.ehcache.EhCacheManager
cacheManager.cacheManagerConfigFile = classpath:ehcache.xmlsecurityManager.cacheManager = $cacheManager

7.2 加密與哈希

Shiro 提供了強大的加密工具：

// 使用MD5哈希
String hashed = new Md5Hash("password", "salt", 2).toHex();// 使用SHA-256哈希
String hashed = new Sha256Hash("password", "salt", 1024).toBase64();// 使用BCrypt
String hashed = new BCryptPasswordEncoder().encode("password");

配置密碼服務：

[main]
credentialsMatcher = org.apache.shiro.authc.credential.Sha256CredentialsMatcher
credentialsMatcher.hashIterations = 1024
credentialsMatcher.storedCredentialsHexEncoded = truemyRealm = com.example.MyRealm
myRealm.credentialsMatcher = $credentialsMatchersecurityManager.realms = $myRealm

7.3 并發控制

Shiro 可以控制并發登錄：

[main]
sessionManager = org.apache.shiro.web.session.mgt.DefaultWebSessionManager
sessionManager.sessionDAO = $sessionDAO# 配置并發控制
concurrencyFilter = org.apache.shiro.web.filter.session.ConcurrentSessionFilter
concurrencyFilter.sessionManager = $sessionManager
concurrencyFilter.kickoutUrl = /login?kickout=1securityManager.sessionManager = $sessionManager

八、Shiro 與 Spring/Spring Boot 集成

8.1 與 Spring 集成

配置示例：

<bean id="shiroFilter" class="org.apache.shiro.spring.web.ShiroFilterFactoryBean"><property name="securityManager" ref="securityManager"/><property name="loginUrl" value="/login.jsp"/><property name="successUrl" value="/home.jsp"/><property name="unauthorizedUrl" value="/unauthorized.jsp"/><property name="filterChainDefinitions"><value>/static/** = anon/login = authc/logout = logout/** = user</value></property>
</bean><bean id="securityManager" class="org.apache.shiro.web.mgt.DefaultWebSecurityManager"><property name="realm" ref="myRealm"/>
</bean><bean id="myRealm" class="com.example.MyRealm"><property name="credentialsMatcher" ref="credentialsMatcher"/>
</bean><bean id="credentialsMatcher" class="org.apache.shiro.authc.credential.Sha256CredentialsMatcher"><property name="hashIterations" value="1024"/>
</bean><bean id="lifecycleBeanPostProcessor" class="org.apache.shiro.spring.LifecycleBeanPostProcessor"/>

8.2 與 Spring Boot 集成

依賴配置：

<dependency><groupId>org.apache.shiro</groupId><artifactId>shiro-spring-boot-web-starter</artifactId><version>1.9.0</version>
</dependency>

配置類：

@Configuration
public class ShiroConfig {@Beanpublic ShiroFilterFactoryBean shiroFilter(SecurityManager securityManager) {ShiroFilterFactoryBean factoryBean = new ShiroFilterFactoryBean();factoryBean.setSecurityManager(securityManager);Map<String, String> filterChainDefinitionMap = new LinkedHashMap<>();filterChainDefinitionMap.put("/static/**", "anon");filterChainDefinitionMap.put("/login", "authc");filterChainDefinitionMap.put("/logout", "logout");filterChainDefinitionMap.put("/**", "user");factoryBean.setFilterChainDefinitionMap(filterChainDefinitionMap);factoryBean.setLoginUrl("/login");factoryBean.setSuccessUrl("/home");factoryBean.setUnauthorizedUrl("/unauthorized");return factoryBean;}@Beanpublic SecurityManager securityManager(Realm realm) {DefaultWebSecurityManager securityManager = new DefaultWebSecurityManager();securityManager.setRealm(realm);return securityManager;}@Beanpublic Realm realm() {MyRealm realm = new MyRealm();realm.setCredentialsMatcher(credentialsMatcher());return realm;}@Beanpublic CredentialsMatcher credentialsMatcher() {return new Sha256CredentialsMatcher();}@Beanpublic static LifecycleBeanPostProcessor lifecycleBeanPostProcessor() {return new LifecycleBeanPostProcessor();}
}

九、Shiro 最佳實踐

9.1 安全最佳實踐

  1. 密碼安全：

    • 始終使用加鹽哈希
    • 使用強哈希算法（如SHA-256、BCrypt）
    • 避免使用弱密碼

  2. 會話安全：

    • 使用HTTPS保護會話
    • 設置合理的會話超時
    • 防止會話固定攻擊

  3. 權限設計：

    • 遵循最小權限原則
    • 使用RBAC（基于角色的訪問控制）模型
    • 定期審查權限分配

9.2 性能優化

  1. 緩存策略：

    • 緩存認證和授權信息
    • 使用分布式緩存（如Redis）用于集群環境

  2. 會話管理：

    • 對于無狀態API，考慮禁用會話
    • 優化會話持久化策略

  3. Realm優化：

    • 批量獲取權限信息
    • 避免重復查詢數據庫

9.3 常見問題解決

  1. ClassCastException：

    • 確保Subject綁定到正確的線程
    • 檢查類加載器問題

  2. 權限不生效：

    • 檢查權限字符串格式
    • 確認Realm正確配置
    • 檢查緩存是否過期

  3. 會話丟失：

    • 檢查集群配置
    • 確認會話持久化配置正確

十、總結

Apache Shiro 作為一個功能全面而又簡單易用的安全框架，為Java應用提供了強大的安全保障。通過本文的學習，我們了解了：

  1. Shiro 的核心概念和架構設計
  2. 認證和授權的實現原理
  3. Web集成和會話管理
  4. 與Spring/Spring Boot的集成
  5. 高級特性和最佳實踐

無論是簡單的Web應用還是復雜的企業級系統，Shiro都能提供合適的安全解決方案。希望本文能成為你Shiro學習之旅的有力參考，幫助你在實際項目中構建更加安全可靠的系統。

PS：如果你在學習過程中遇到問題，別擔心！歡迎在評論區留言，我會盡力幫你解決！😄

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Flutter 開發環境配置--宇宙級教學！

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目錄 一、安裝環境&#xff08;Windows&#xff09;二、Android 創建Flutter項目三、VSCode 搭建環境四、補充 一、安裝環境&#xff08;Windows&#xff09; Flutter SDK 下載 推薦使用中國鏡像站點下載 Flutter SDK&#xff0c;速度更快&#xff1a;中國環境 或者從官網下載…
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