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Java：JWT 从原理到高频面试题解析

news 2025/8/2 12:24:00

一、什么是 JWT？

二、JWT 的结构

1. Header（头部）

2. Payload（载荷）

3. Signature（签名）

三、Java 中实现 JWT（基于 JJWT 库）

1. 引入依赖（Maven）

2. JWT 工具类实现

四、JWT 在 Java Web 中的应用流程

五、JWT 的优缺点及注意事项

优点：

缺点：

注意事项：

六、Java 秋招 JWT 高频面试题

1. JWT 由哪几部分组成？各部分作用是什么？

2. JWT 和 Session 认证的区别是什么？

3. 如何处理 JWT 令牌过期问题？

4. JWT 的 Payload 可以存储敏感信息吗？为什么？

5. JWT 的签名算法 HS256 和 RS256 有什么区别？

6. 如何防止 JWT 令牌被篡改？

7. JWT 的缺点是什么？如何规避？

总结

一、什么是 JWT？

JWT（JSON Web Token）是一种基于 JSON 的轻量级令牌格式，用于在网络应用间安全传递声明信息。它通过数字签名保证信息的完整性和真实性，常用于身份认证、授权和信息交换场景。

与传统的 Session 认证相比，JWT 具有无状态特性：服务器无需存储会话信息，只需通过令牌本身即可验证用户身份，非常适合分布式系统和微服务架构。

二、JWT 的结构

JWT 由三部分组成，用英文句号（.）分隔，格式为：Header.Payload.Signature，三部分均通过 Base64URL 编码（便于在 URL 中传输）。

1. Header（头部）

声明令牌类型（typ: "JWT"）和签名算法（如HS256、RS256等）。

{"alg": "HS256",  // 签名算法：HMAC SHA-256"typ": "JWT"     // 令牌类型
}

2. Payload（载荷）

存储需要传递的声明信息（Claims），分为三种类型：

注册声明（标准字段，可选）：iss（签发者）、exp（过期时间，时间戳）、sub（主题）、iat（签发时间）等。
公共声明：自定义字段（需避免与标准字段冲突）。
私有声明：服务端与客户端协商的自定义业务字段（如用户 ID、角色）。

{"iss": "backend-server",  // 签发者"exp": 1690848000,        // 过期时间（2023-08-01 00:00:00）"sub": "user-auth",       // 主题"userId": 1001,           // 私有声明：用户ID"role": "admin"           // 私有声明：用户角色
}

⚠️ 注意：Payload 仅经过 Base64 编码（可解码），不加密，因此禁止存储敏感信息（如密码）。

3. Signature（签名）

JWT 的安全核心，用于验证令牌是否被篡改。生成规则：

用 Header 中指定的算法，将编码后的 Header、编码后的 Payload，以及服务器端密钥（secret）进行加密。

公式（以 HS256 为例）：

plaintext

HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." +base64UrlEncode(payload),secret
)

三、Java 中实现 JWT（基于 JJWT 库）

JJWT（Java JWT）是 Java 生态中常用的 JWT 处理库，以下是完整实现示例。

1. 引入依赖（Maven）

<dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt-api</artifactId><version>0.11.5</version>
</dependency>
<dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt-impl</artifactId><version>0.11.5</version><scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt-jackson</artifactId><version>0.11.5</version><scope>runtime</scope>
</dependency>

2. JWT 工具类实现

import io.jsonwebtoken.*;
import io.jsonwebtoken.security.Keys;
import javax.crypto.SecretKey;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.function.Function;public class JwtUtils {// 密钥（实际开发中需从配置文件读取，且确保足够复杂）private static final String SECRET_KEY = "your-256-bit-secret-key-which-should-be-very-long-and-secure";// 令牌过期时间（3600秒 = 1小时）private static final long EXPIRATION_TIME = 3600 * 1000;// 生成密钥（基于HS256算法，需要256位密钥）private static SecretKey getSigningKey() {byte[] keyBytes = SECRET_KEY.getBytes();return Keys.hmacShaKeyFor(keyBytes);}// 生成JWT令牌public static String generateToken(String username, Map<String, Object> claims) {Date now = new Date();Date expirationDate = new Date(now.getTime() + EXPIRATION_TIME);return Jwts.builder().setClaims(claims)                  // 自定义声明.setSubject(username)               // 主题（如用户名）.setIssuedAt(now)                   // 签发时间.setExpiration(expirationDate)      // 过期时间.signWith(getSigningKey(), SignatureAlgorithm.HS256)  // 签名.compact();}// 从令牌中获取用户名（主题）public static String getUsernameFromToken(String token) {return getClaimFromToken(token, Claims::getSubject);}// 验证令牌是否有效（未过期且签名正确）public static boolean validateToken(String token, String username) {String tokenUsername = getUsernameFromToken(token);return (username.equals(tokenUsername) && !isTokenExpired(token));}// 从令牌中获取指定声明private static <T> T getClaimFromToken(String token, Function<Claims, T> claimsResolver) {Claims claims = getAllClaimsFromToken(token);return claimsResolver.apply(claims);}// 解析令牌获取所有声明private static Claims getAllClaimsFromToken(String token) {return Jwts.parserBuilder().setSigningKey(getSigningKey()).build().parseClaimsJws(token).getBody();}// 判断令牌是否过期private static boolean isTokenExpired(String token) {Date expiration = getClaimFromToken(token, Claims::getExpiration);return expiration.before(new Date());}// 测试方法public static void main(String[] args) {// 自定义声明（如用户角色、ID）Map<String, Object> claims = new HashMap<>();claims.put("userId", 1001);claims.put("role", "admin");// 生成令牌String token = generateToken("zhangsan", claims);System.out.println("生成的JWT令牌：" + token);// 解析令牌String username = getUsernameFromToken(token);Integer userId = getClaimFromToken(token, claims1 -> claims1.get("userId", Integer.class));System.out.println("解析结果：用户名=" + username + "，userId=" + userId);// 验证令牌boolean isValid = validateToken(token, "zhangsan");System.out.println("令牌是否有效：" + isValid);}
}

四、JWT 在 Java Web 中的应用流程

以 Spring Boot 身份认证为例：

用户登录：
- 客户端提交用户名和密码。
- 服务端验证通过后，调用JwtUtils.generateToken()生成 JWT。
- 服务端将 JWT 返回给客户端（客户端通常存储在localStorage或Cookie中）。
客户端请求资源：
- 客户端在 HTTP 请求头中携带 JWT：Authorization: Bearer <token>。
服务端验证：
- 服务端通过拦截器 / 过滤器提取请求头中的 JWT。
- 调用JwtUtils.validateToken()验证令牌有效性。
- 验证通过则允许访问，否则返回 401（未授权）。