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盘点 Spring Security 框架中的八大经典设计模式

原创 Python 作者:千锋Python唐小强 时间:2020-08-07 11:16:37 0 删除 编辑

有小伙伴建议,源码分析太枯燥了,要是能够结合设计模式一起来,这样更有助于大家理解 Spring Security 源码,同时还能复习一波设计模式。

因此今天就试着整一篇,和大家来聊一聊 Spring Security 中涉及到的设计模式,不过 Spring Security 中涉及到的设计模式还是非常多的,这里跟大家讲几个,剩下的欢迎小伙伴们留言补充。

盘点 Spring Security 框架中的八大经典设计模式

1.模板方法模式

Template Pattern(模板方法模式)是一个抽象类公开定义了执行它的方法的模板。它的子类可以按需要重写方法实现,但调用将以抽象类中定义的方式进行,这是一种行为型模式。

模板方法方式优点如下:

在父类中提取了公共的部分代码,便于代码复用和扩展。部分方法是由子类实现的,子类可以通过扩展方式增加相应的功能,符合开闭原则。缺点如下:

对每个不同的实现都需要定义一个子类,导致类的个数增加,系统更加复杂,设计也更加抽象。父类中的抽象方法由子类实现,子类执行的结果会影响父类的结果,增加了代码理解难度。介绍完模板方法模式,大家可能大概猜到了 Spring Security 中哪些地方用到模板方法模式了。

我举几个简单的例子。

第一个例子是 AbstractUserDetailsAuthenticationProvider 类的设计。大家都知道这个类是用来做验证的,认证的逻辑在这个方法中都定义好了,但是该类却定义了两个抽象方法:

retrieveUser 该方法用户从数据源中获取用户对象。additionalAuthenticationChecks 该方法用来做额外的校验(登录凭证的校验)这两个抽象方法是在 DaoAuthenticationProvider 中实现的。DaoAuthenticationProvider 的实现就是从数据库中加载用户,默认检验登录凭证也都是验证密码。

如果你的数据源来自其他地方,或者登录凭证不是密码,那么自定义类继承自 AbstractUserDetailsAuthenticationProvider 并重写它里边的这两个方法即可。

2.责任链模式

Chain of Responsibility Pattern(责任链模式) ,在这种模式中,通常每个接收者都包含对另一个接收者的引用,如果一个对象不能处理该请求,那么它会把相同的请求传给下一个接收者,依此类推。在这个过程中,客户只需要将请求发送到责任链上即可,无须关心请求的处理细节和请求的传递过程,所以责任链将请求的发送者和请求的处理者解耦了。

责任链模式优点如下:

降低对象之间的耦合度。增强了系统的可扩展性。当工作流程发生变化,可以动态地改变链内的成员或者调动它们的次序。简化了对象之间的连接,每个对象只需保持一个指向其后继者的引用,不需保持其他所有处理者的引用。责任分担,每个类只需要处理自己该处理的工作,符合类的单一职责原则。缺点如下:

对比较长的职责链,请求的处理可能涉及多个处理对象,系统性能将受到一定影响。职责链建立的合理性要靠客户端来保证,增加了客户端的复杂性。很明显,Spring Security 中的过滤器链就是一种责任链模式。一个请求到达后,被过滤器链中的过滤器逐个进行处理,过滤器链中的过滤器每个都具有不同的职能并且互不相扰,我们还可以通过 HttpSecurity 来动态配置过滤器链中的过滤器(即添加/删除过滤器链中的过滤器)。

具体的代码在 FilterChainProxy$VirtualFilterChain 中,如下:

那么接下来我们就来看看 VirtualFilterChain:

private static class VirtualFilterChain implements FilterChain {private final FilterChain originalChain;private final List additionalFilters;private final FirewalledRequest firewalledRequest;private final int size;private int currentPosition = 0;private VirtualFilterChain(FirewalledRequest firewalledRequest,FilterChain chain, List additionalFilters) {this.originalChain = chain;this.additionalFilters = additionalFilters;this.size = additionalFilters.size();this.firewalledRequest = firewalledRequest;}@Overridepublic void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response)throws IOException, ServletException {if (currentPosition == size) {if (logger.isDebugEnabled()) {logger.debug(UrlUtils.buildRequestUrl(firewalledRequest)+ " reached end of additional filter chain; proceeding with original chain");}// Deactivate path stripping as we exit the security filter chainthis.firewalledRequest.reset();originalChain.doFilter(request, response);}else {currentPosition++;Filter nextFilter = additionalFilters.get(currentPosition - 1);if (logger.isDebugEnabled()) {logger.debug(UrlUtils.buildRequestUrl(firewalledRequest)+ " at position " + currentPosition + " of " + size+ " in additional filter chain; firing Filter: ‘"+ nextFilter.getClass().getSimpleName() + "’");}nextFilter.doFilter(request, response, this);}}}VirtualFilterChain 类中首先声明了 5 个全局属性,originalChain 表示原生的过滤器链,也就是 Web Filter;additionalFilters 表示 Spring Security 中的过滤器链;firewalledRequest 表示当前请求;size 表示过滤器链中过滤器的个数;currentPosition 则是过滤器链遍历时候的下标。doFilter 方法就是 Spring Security 中过滤器挨个执行的过程,如果 currentPosition == size,表示过滤器链已经执行完毕,此时通过调用 originalChain.doFilter 进入到原生过滤链方法中,同时也退出了 Spring Security 过滤器链。否则就从 additionalFilters 取出 Spring Security 过滤器链中的一个个过滤器,挨个调用 doFilter 方法。nextFilter.doFilter 就是过滤器链挨个往下走。关于 FilterChainProxy 的介绍,参见:[深入理解 FilterChainProxy【源码篇】]

3.策略模式

Strategy Pattern(策略模式),它定义了一系列算法,将每一个算法封装起来,并让它们可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它的客户而变化,也称为政策模式(Policy)。

策略模式的优点:

策略模式提供了对“开闭原则”的完美支持,用户可以在不修改原有系统的基础上选择具体的策略,也可以灵活地扩展新的策略。策略模式提供了管理相关的策略的方式。策略模式提供了可以替换继承关系的办法。使用策略模式可以避免使用多重条件转移语句。策略模式的缺点:

客户端必须知道所有的策略类,并自行决定使用哪一个策略类。策略模式将造成产生很多策略类(可以通过使用享元模式在一定程度上减少对象的数量)。Spring Security 中使用策略模式的地方也有好几个。

第一个就是用户登录信息存储。

在 SecurityContextHolder 中定义登录用户信息存储的方法,就定义了三种不同的策略:

public class SecurityContextHolder {// ~ Static fields/initializers// =====================================================================================


public 
static final 
String MODE_THREADLOCAL = 
"MODE_THREADLOCAL";

public static final String MODE_INHERITABLETHREADLOCAL = "MODE_INHERITABLETHREADLOCAL";
public static final String MODE_GLOBAL = "MODE_GLOBAL";
public static final String SYSTEM_PROPERTY = "spring.security.strategy";
private static String strategyName = System.getProperty(SYSTEM_PROPERTY);
private static SecurityContextHolderStrategy strategy;

}用户可以自行选择使用哪一种策略!具体参见:[在 Spring Security 中,我就想从子线程获取用户登录信息,怎么办?]

还有一个就是 session 并发管理。

在 AbstractAuthenticationProcessingFilter#doFilter 方法中,有如下代码:

public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res, FilterChain chain)throws IOException, ServletException {//省略sessionStrategy.onAuthentication(authResult, request, response);//省略}这就是一种策略模式。

Session 并发管理可以参考:

[什么是会话固定攻击?Spring Boot 中要如何防御会话固定攻击?][集群化部署,Spring Security 要如何处理 session 共享?]当然,这样的例子还有很多,我就不一一列举了。

4.代理模式

Proxy Pattern(代理模式) :给某一个对象提供一个代理,并由代理对象控制对原对象的引用,它是一种对象结构型模式。

代理模式的优点:

一定程度上降低了系统的耦合度。代理对象可以扩展目标对象的功能。代理对象可以保护目标对象。缺点:

在客户端和真实对象之间增加了代理,可能会导致请求的处理速度变慢。增加了系统复杂度。代理模式在 Spring Security 中最重要的应用就是 Spring Security 过滤器链接入 Web Filter 的过程,使用了 Spring 提供的 DelegatingFilterProxy,这就是一个典型的代理模式:

public class DelegatingFilterProxy extends GenericFilterBean {@Overridepublic void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain filterChain)throws ServletException, IOException {

	
// Lazily initialize the delegate 
if necessary.

Filter delegateToUse = this.delegate;
if (delegateToUse == null) {
synchronized ( this.delegateMonitor) {
delegateToUse = this.delegate;
if (delegateToUse == null) {
WebApplicationContext wac = findWebApplicationContext();
if (wac == null) {
throw new IllegalStateException( "No WebApplicationContext found: " +
"no ContextLoaderListener or DispatcherServlet registered?");
}
delegateToUse = initDelegate(wac);
}
this.delegate = delegateToUse;
}
}

// Let the delegate perform the actual doFilter operation.
invokeDelegate(delegateToUse, request, response, filterChain);
}

}当然还有其他很多地方也用到代理模式,我就不一一列举了,欢迎小伙伴们留言补充。

5.适配器模式

Adapter Pattern(适配器模式),大家平时用的手机充电器学名叫做电源适配器,它的作用是把 220V 的电压转为手机可用的 5V 电压。所以适配器模式其实也是类似作用,将一个接口转换成客户希望的另一个接口,适配器模式使接口不兼容的类可以一起工作。适配器模式又分为类适配器模式、对象适配器模式以及接口适配器模式。

适配器模式的优点:

解耦,通过引入一个适配器类来重用现有的适配者类,而无须修改原有代码。增加了类的透明性和复用性。具有较好的灵活性和扩展性都。缺点:

由于 Java 不支持多重继承,一次最多只能适配一个适配者类,而且目标抽象类只能为抽象类,不能为具体类,其使用有一定的局限性。Spring Security 中的适配器模式也是非常多的,例如我们最为常见的 WebSecurityConfigurerAdapter,该类让两个原本不相关的 WebSecurity 和 HttpSecurity 能够在一起工作。

6.建造者模式

Builder Pattern(建造者模式)是将一个复杂对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的对象出来,用户只需要指定复杂对象的类型和内容就可以构建对象,而不需要知道内部的具体构建细节。

建造者模式优点:

将产品本身与产品的创建过程解耦,使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象,而客户端不需要知道产品内部细节。每一个产品对应一个建造者,用户使用不同的建造者可以创建不同的产品,建造者本身可以轻松修改或者添加。可以更加精细地控制产品的创建过程。缺点:

创建的产品需要有一定的相似性,如果差异过大,则不适合建造者模式。产品本身的复杂度会提高建造者的复杂度。Spring Security 中对于建造者模式的使用也是非常多,例如典型的 AuthenticationManagerBuilder,它想要建造的对象是 AuthenticationManager,对应的建造方法则是 build。一般建造者模式中建造者类命名以 builder 结尾,而建造方法命名为 build()。

7.观察者模式

Observer(观察者模式)指多个对象间存在一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并自动更新,观察者模式也称为发布-订阅模式、模型-视图模式,它是对象行为型模式。

观察者模式优点:

降低了目标与观察者之间的耦合关系,两者之间是抽象耦合关系。缺点:

目标与观察者之间的依赖关系并没有完全解除,而且有可能出现循环引用。当观察者对象很多时,程序执行效率降低。在 Spring 框架中,观察者模式用于实现 ApplicationContext 的事件处理功能。Spring 为我们提供了 ApplicationEvent 类和 ApplicationListener 接口来启用事件处理。Spring 应用程序中的任何 Bean 实现 ApplicationListener 接口,都会接收到 ApplicationEvent 作为事件发布者推送的消息。在这里,事件发布者是主题(Subject) 和实现 ApplicationListener 的 Bean 的观察者(Observer)。

具体到 Spring Security 中,如登录成功事件发布,session 销毁事件等等,都算是观察者模式。

例如 AbstractAuthenticationProcessingFilter#successfulAuthentication 方法:

protected void successfulAuthentication(HttpServletRequest request,HttpServletResponse response, FilterChain chain, Authentication authResult)throws IOException, ServletException {if (logger.isDebugEnabled()) {logger.debug("Authentication success. Updating SecurityContextHolder to contain: "+ authResult);}SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authResult);rememberMeServices.loginSuccess(request, response, authResult);// Fire eventif (this.eventPublisher != null) {eventPublisher.publishEvent(new InteractiveAuthenticationSuccessEvent(authResult, this.getClass()));}successHandler.onAuthenticationSuccess(request, response, authResult);}类似还有很多,如 session 销毁事件等(参见[Spring Security 自动踢掉前一个登录用户,一个配置搞定!],我这里就不一一列举了。

8.装饰模式

Decorator(装饰模式)是指在不改变现有对象结构的情况下,动态地给该对象增加一些额外功能的模式。

装饰模式的优点:

可以灵活的扩展一个类的功能。缺点:

增加了许多子类,使程序变得很复杂。Spring Security 中对于装饰模式也有许多应用。最典型的就是一个请求在通过过滤器链的时候会不停的变,会不停的调整它的功能,通过装饰模式设计出了请求的许多类,例如:

HeaderWriterRequestFirewalledRequestStrictHttpFirewallSaveToSessionRequestWrapper…等等,类似的很多,就不一一赘述了。


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