【PmHub后端篇】PmHub中基于自定義注解和AOP的服務接口鑒權與內部認證實現

1 引言

在現代軟件開發中，尤其是在微服務架構下，服務接口的鑒權和內部認證是保障系統安全的重要環節。本文將詳細介紹PmHub中如何利用自定義注解和AOP（面向切面編程）實現服務接口的鑒權和內部認證，所涉及的技術知識點對于理解和實現系統安全具有重要意義。

2 注解的基本概念

在Java中，注解（Annotation）是一種特殊的語法，以@符號開頭，是Java 5開始引入的新特性。注解可看作特殊的注釋，用于修飾類、方法或變量，為程序在編譯或運行時提供信息。例如JDK內置的@Override注解，用于幫助編譯器檢查方法是否正確重寫父類方法。

package java.lang;import java.lang.annotation.*;@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface Override {
}

2.1 注解的作用

  1. 編譯時檢查：如@Override注解輔助編譯器檢查方法重寫的正確性。
  2. 代碼生成：像@Entity注解可告知框架生成對應的數據庫表。
  3. 運行時處理：@Deprecated注解在運行時提醒開發者某方法或類已不建議使用。

2.2 注解的解析方法

  1. 編譯期直接掃描：編譯器編譯Java代碼時掃描注解并處理，如@Override注解的處理。
  2. 運行時通過反射處理：Spring框架中的@Value、@Component等注解通過反射處理，也是自定義注解常用的解析方式。

3 自定義注解的實現

自定義注解主要包括以下幾個步驟：

  • 定義注解：使用@interface關鍵字定義注解。
  • 注解元素：在注解中定義元素，就像在接口中定義方法。
  • 元注解：使用元注解（如@Retention、@Target等）來描述注解的行為。

3.1 定義注解

使用@interface關鍵字定義注解，例如：

import java.lang.annotation.*;@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MyAnnotation {String value() default "";int number() default 0;
}

在上面的例子中，MyAnnotation注解有兩個元素：value和number。其中，number有一個默認值0。

3.2 元注解

元注解用于描述注解本身的行為，常見元注解有：
@Retention：指明注解的保留策略。
@Target：指明注解的使用目標。

  1. @Retention：指定注解的生命周期，取值包括：
    • RetentionPolicy.SOURCE：注解只在源代碼中存在，編譯后消失。
    • RetentionPolicy.CLASS：注解在編譯后存在于.class文件中，運行時不存在。
    • RetentionPolicy.RUNTIME：注解在運行時存在，可通過反射讀取。
  2. @Target：指定注解的使用目標，常見取值有：
    • ElementType.TYPE：用于類、接口、枚舉、注解類型。
    • ElementType.FIELD：用于字段或屬性。
    • ElementType.METHOD：用于方法。
    • ElementType.PARAMETER：用于參數。
    • ElementType.CONSTRUCTOR：用于構造函數。
    • ElementType.LOCAL_VARIABLE：用于局部變量。

3.3 自定義注解示例

下面是一個包含@Retention和@Target元注解的完整自定義注解示例：

import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;
import java.lang.annotation.ElementType;// 定義注解
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface MyAnnotation {String value();int number() default 0;
}

3.4 使用自定義注解

定義完注解后，可以在代碼中使用它：

public class Test {@MyAnnotation(value = "Test method", number = 42)public void testMethod() {// 方法的具體實現}
}

3.5 通過反射讀取注解

import java.lang.reflect.Method;public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {Method method = Test.class.getMethod("testMethod");if (method.isAnnotationPresent(MyAnnotation.class)) {MyAnnotation annotation = method.getAnnotation(MyAnnotation.class);System.out.println("Value: " + annotation.value());System.out.println("Number: " + annotation.number());}}
}

4 Spring AOP簡介

AOP（面向切面編程）是一種編程范式，允許在不改變業務邏輯代碼的情況下，將橫切關注點（如日志記錄、事務管理、安全檢查等）模塊化。Spring AOP提供了多種定義和使用切面的方式：

  1. 注解：使用@Aspect和相關注解（如@Before、@After、@Around等）定義切面和切點。
  2. XML配置：在Spring配置文件中定義切面和切點，但現代開發中較少使用。

5 微服務架構下的鑒權基礎

微服務架構由多個獨立服務組成，服務間通訊、監控等聚合而成。其優點包括提高開發效率、增強可維護性、靈活技術選型、支持持續交付和部署、實現故障隔離、按需擴展等。

鑒權是對權限認證和授權控制，專業的鑒權框架有Spring Security和Shiro等。常見鑒權方式有：

  1. 用戶名和密碼：傳統鑒權方式，需注意密碼存儲和傳輸安全。
  2. 多因素認證（MFA）：通過多種驗證因素確認用戶身份，如知識因子、擁有因子、生物因子。
  3. OAuth（開放授權）：允許第三方應用以有限權限訪問用戶資源，常用于社交登錄和API訪問控制。
  4. JWT（JSON Web Token）：基于JSON的開放標準，用于各方之間傳遞聲明，包含用戶信息和簽名，可用于鑒權和授權，PmHub采用此方式鑒權。

6 PmHub中的鑒權認證實現

6.1 PmHub架構

PmHub采用微服務架構，有單獨的認證服務pmhub-auth。請求分為通過API網關的請求和微服務內部請求。
在這里插入圖片描述

6.2 PmHub中的認證

PmHub 采用微服務架構，其認證流程如下：

  1. 登錄請求轉發
    用戶發起登錄請求，該請求先到達網關（如端口 8080 ）。網關根據配置的路由規則，將請求轉發到認證中心服務pmhub - auth（如端口 6800 ） 。
  2. 用戶信息查詢
    認證服務接收到登錄請求后，依據用戶輸入的用戶名，查詢對應的用戶信息。
  3. 密碼校驗
    從Redis中獲取密碼相關信息（文中未明確密碼存入Redis的過程，但邏輯上是從中獲取用于校驗 ），對用戶輸入的密碼進行正確性校驗。
  4. 記錄登錄日志
    若密碼校驗通過，認證服務記錄此次登錄日志，留存登錄相關信息。
  5. 生成登錄token
    認證服務生成JWT（JSON Web Token）字符串作為登錄token ，JWT中包含用戶信息、簽名等內容。
  6. 存儲token至Redis
    將生成的JWT字符串存入Redis，并設置過期時間，以此維護用戶登錄狀態及確定過期時間。
  7. 返回token信息
    認證服務將生成的token信息返回給客戶端。后續客戶端攜帶該token進行請求時，系統會先去Redis檢查JWT字符串是否存在，若存在則對其進行解析，能成功解析則認定用戶已登錄且身份合法 。

在這里插入圖片描述

6.3 PmHub中的鑒權

6.3.1 外部請求

請求到達網關后，通過微服務的自定義請求頭攔截器（放置在公共包，各服務可引用），配合自定義注解和AOP，攔截請求頭獲取用戶和權限信息，有權限則放行，無權限則拋出異常。
在這里插入圖片描述

6.3.2 內部請求

正常情況下內部請求無需鑒權，可以直接處理。但使用OpenFeign時，數據都是通過接口暴露出去的，為防止外部請求調用接口，采用自定義內部請求注解，AOP控制攔截，然后在內部請求調用的時候，額外加一個頭字段加以區分。

PmHub做內部請求鑒權流程如下：

  1. 自定義注解
    定義內部認證注解InnerAuth ，使用@Target(ElementType.METHOD)指定該注解用于方法上，@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)表示注解在運行時存在，可通過反射讀取。注解包含元素isUser() ，用于標識是否校驗用戶信息，默認值為false 。代碼如下：
/*** 內部認證注解*/
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface InnerAuth {/*** 是否校驗用戶信息*/boolean isUser() default false;
}
  1. AOP切面控制
    創建InnerAuthAspect類，實現Ordered接口 ，并使用@Aspect和@Component注解，將其定義為一個切面并納入Spring容器管理。通過@Around("@annotation(innerAuth)")定義環繞通知，攔截標注了InnerAuth注解的方法。具體邏輯為：
    • 從請求頭中獲取FROM_SOURCE字段值，判斷是否等于內部請求標識SecurityConstants.INNER ，若不相等，拋出InnerAuthException異常，提示沒有內部訪問權限。
    • 若配置了需校驗用戶信息（innerAuth.isUser()為true ），從請求頭獲取用戶ID（DETAILS_USER_ID ）和用戶名（DETAILS_USERNAME ），若二者有空白情況，拋出InnerAuthException異常，提示沒有設置用戶信息。
    • 若上述校驗都通過，執行point.proceed()，放行請求，讓目標方法正常執行。

代碼如下：

/*** 內部服務調用驗證處理*/
@Aspect
@Component
public class InnerAuthAspect implements Ordered {@Around("@annotation(innerAuth)")public Object innerAround(ProceedingJoinPoint point, InnerAuth innerAuth) throws Throwable {String source = ServletUtils.getRequest().getHeader(SecurityConstants.FROM_SOURCE);// 內部請求驗證if (!StringUtils.equals(SecurityConstants.INNER, source)) {throw new InnerAuthException("沒有內部訪問權限，不允許訪問");}String userid = ServletUtils.getRequest().getHeader(SecurityConstants.DETAILS_USER_ID);String username = ServletUtils.getRequest().getHeader(SecurityConstants.DETAILS_USERNAME);// 用戶信息驗證if (innerAuth.isUser() && (StringUtils.isEmpty(userid) || StringUtils.isEmpty(username))) {throw new InnerAuthException("沒有設置用戶信息，不允許訪問 ");}return point.proceed();}
}
  1. OpenFeign請求攔截器處理
    實現feign.RequestInterceptor接口，創建FeignRequestInterceptor類，并使用@Component注解納入Spring容器管理 。在apply(RequestTemplate requestTemplate)方法中：
    • 獲取當前請求HttpServletRequest 。
    • 從請求頭中提取用戶ID（DETAILS_USER_ID ）、用戶密鑰（USER_KEY ）、用戶名（DETAILS_USERNAME ）、認證信息（AUTHORIZATION_HEADER ）等信息，若存在則設置到RequestTemplate的請求頭中，防止用戶信息在OpenFeign調用時丟失。
    • 獲取客戶端IP，通過X-Forwarded-For頭字段設置到請求頭中。

代碼如下：

/*** feign請求攔截器*/
@Component
public class FeignRequestInterceptor implements RequestInterceptor {@Overridepublic void apply(RequestTemplate requestTemplate) {HttpServletRequest httpServletRequest = ServletUtils.getRequest();if (StringUtils.isNotNull(httpServletRequest)) {Map<String, String> headers = ServletUtils.getHeaders(httpServletRequest);// 傳遞用戶信息請求頭，防止丟失String userId = headers.get(SecurityConstants.DETAILS_USER_ID);if (StringUtils.isNotEmpty(userId)) {requestTemplate.header(SecurityConstants.DETAILS_USER_ID, userId);}String userKey = headers.get(SecurityConstants.USER_KEY);if (StringUtils.isNotEmpty(userKey)) {requestTemplate.header(SecurityConstants.USER_KEY, userKey);}String userName = headers.get(SecurityConstants.DETAILS_USERNAME);if (StringUtils.isNotEmpty(userName)) {requestTemplate.header(SecurityConstants.DETAILS_USERNAME, userName);}String authentication = headers.get(SecurityConstants.AUTHORIZATION_HEADER);if (StringUtils.isNotEmpty(authentication)) {requestTemplate.header(SecurityConstants.AUTHORIZATION_HEADER, authentication);}// 配置客戶端IPrequestTemplate.header("X-Forwarded-For", IpUtils.getIpAddr());}}
}

7 總結

本文圍繞PmHub展開，介紹了Java注解的概念、實現，Spring AOP的方式。闡述微服務架構下鑒權基礎，詳細說明PmHub的鑒權認證流程，包括認證、外部及內部請求鑒權，旨在助力開發者理解和實現系統安全功能。

8 參考鏈接

  1. PmHub自定義注解加 AOP 實現服務接口鑒權和內部認證
  2. 項目倉庫（GitHub）
  3. 項目倉庫（碼云）：（國內訪問速度更快）

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