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JWT全面理解

news 2025/9/10 7:02:33

        

目录

一、JWT是什么

1、身份认证（最核心用途）

2、信息交换

3、授权控制

二、JWT的核心价值

三、如何理解JWT的结构和工作原理

1、三部分结构解析

2、核心工作流程

四、JWT的使用步骤

1、添加依赖

2、添加配置文件

3、创建实体类

4、创建JWT工具类

5、创建JWT认证拦截器

7、配置拦截器和Redis

8、创建服务层

9、创建控制器

五、核心实现

六、核心知识点的回答

1、生成token时如何设置过期时间

2、JWT有哪些安全隐患？如何解决

3、JWT 和 Session 的区别是什么？​

JWT是一种基于JSON的轻量级身份认证与信息交换标准，广泛应用于前后端分离、分布式系统、跨服务通信等场景。它通过数字签名保证信息的完整性和可靠性，核心价值在于解决了传统认证方案（如 Session）在跨域、分布式架构下的局限性。

一、JWT是什么

        JWT 的本质是一串经过加密签名的 JSON 格式字符串，用于在客户端和服务器之间安全地传递 “声明”（Claims，即用户身份、权限等信息）。其核心作用可概括为三类：

1、身份认证（最核心用途）

        解决 “用户是谁” 的问题，替代传统的 Session 认证，流程如下：

  • 用户通过账号密码登录，服务器验证通过后，生成包含用户唯一标识（如 user_id）、过期时间等信息的 JWT；
  • 服务器将 JWT 直接返回给客户端（无需存储在服务器）；
  • 后续客户端发起请求时，在 HTTP 头（如 Authorization: Bearer <JWT>）中携带 JWT；
  • 服务器接收请求后，验证 JWT 的签名和有效性（如是否过期、是否被篡改），验证通过即可确认用户身份，无需查询数据库或缓存。
2、信息交换

        解决 “安全传递数据” 的问题。由于 JWT 带有数字签名，接收方可以通过签名验证信息是否来自合法发送方，且未被篡改。

        分布式系统中服务间通信（如微服务 A 向微服务 B 传递用户权限信息）、跨组织数据交换（如第三方登录后，平台间传递用户基本信息）。

3、授权控制

        解决 “用户能做什么” 的问题。可在 JWT 中嵌入用户权限信息（如 role: admin、permissions: ["read", "write"]），服务器验证 JWT 后，直接从载荷中读取权限，无需额外查询权限数据库。

        后台管理系统中，根据 JWT 中的 role 字段判断用户是否有权访问某接口（如仅管理员可调用 “删除用户” 接口）。

二、JWT的核心价值

对比传统的 Session 认证（服务器存储用户会话，客户端保存 Session ID），JWT 的价值主要体现在以下 4 点：

特性

JWT 方案

传统 Session 方案

价值体现

无状态（Stateless）

服务器不存储任何会话信息，仅通过 JWT 验证身份

服务器需存储 Session（内存 / 数据库 / Redis）

减轻服务器存储压力，支持高并发；无需考虑 Session 同步（分布式系统友好）

跨域 / 跨服务

基于 HTTP 头传递，支持跨域名、跨服务通信

依赖 Cookie，受 “同源策略” 限制，跨域需额外配置

适配前后端分离（前端部署在 CDN，后端在另一域名）、微服务架构

轻量化

字符串格式，体积小，传输速度快

需携带 Session ID，且服务器需查询 Session 详情

减少网络传输开销，提升接口响应速度（尤其移动端弱网场景）

自包含（Self-contained）

载荷中包含用户核心信息（如 ID、权限）

仅存储 Session ID，需查询数据库获取用户信息

减少数据库查询次数（验证身份时无需查库），提升系统性能

三、如何理解JWT的结构和工作原理

        JWT 由三部分组成，用英文句号（.）分隔，格式为 Header.Payload.Signature，例如：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.

eyJ1c2VyX2lkIjoiMTIzIiwidXNlcm5hbWUiOiJ6aGFuZ3NhbiIsImV4cCI6MTY4OTAxNjQwMH0.

SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

1、三部分结构解析
  • Header（头部）：声明 JWT 的类型（typ，固定为 JWT）和使用的签名算法（alg，如 HS256 哈希算法、RS256 非对称加密算法）。格式是JSON字符串，是可逆的，仅编码而非加密。
  • Payload（载荷）：存储核心 “声明”（用户信息、过期时间等）。JSON 字符串，同样经过 Base64 编码（可逆！不要存储密码、手机号等敏感信息）。
  • Signature（签名）：保证 JWT 不被篡改，是 JWT 安全性的核心。拼接编码后的 Header 和 Payload，使用 Header 中声明的算法（如 HS256），结合服务器端的密钥（Secret） 对拼接字符串进行加密，得到签名。
2、核心工作流程
  • 签发：用户登录成功 → 服务器根据用户信息构建 Payload → 结合 Header 和密钥生成 Signature → 拼接三部分得到 JWT 并返回给客户端；
  • 存储：客户端将 JWT 存储在 localStorage、sessionStorage 或 Cookie 中；
  • 携带：客户端发起请求时，在 Authorization 头中携带 JWT（Bearer <JWT>）；
  • 验证：服务器解析 JWT → 验证签名（防篡改）→ 检查过期时间（exp）→ 提取用户信息 → 处理业务逻辑。

四、JWT的使用步骤

例如我现在实现用户登录的功能，我要通过JWT进行安全认证的步骤如下：

1、添加依赖
 <dependencies><!-- Spring Boot Web 依赖 --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency><!-- JWT 工具库 --><dependency><groupId>io.jsonwebtoken</groupId><artifactId>jjwt</artifactId><version>0.9.1</version></dependency><!-- Redis 依赖 (用于存储刷新令牌) --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId></dependency><!-- Lombok 简化代码 --><dependency><groupId>org.projectlombok</groupId><artifactId>lombok</artifactId><optional>true</optional></dependency></dependencies>
2、添加配置文件
spring:redis:host: localhostport: 6379# JWT配置
jwt:secret: your-secret-key-1234567890-abcdefg # 密钥，生产环境要复杂且保密access-token-expire: 3600000  # 访问令牌过期时间(毫秒)，1小时refresh-token-expire: 604800000  # 刷新令牌过期时间(毫秒)，7天
3、创建实体类
package com.example.jwtdemo.entity;import lombok.Data;@Data
public class Result<T> {private int code; // 状态码：200成功，401未授权，500服务器错误等private String message; // 提示信息private T data; // 响应数据// 成功返回public static <T> Result<T> success(T data) {Result<T> result = new Result<>();result.setCode(200);result.setMessage("成功");result.setData(data);return result;}// 失败返回public static <T> Result<T> error(int code, String message) {Result<T> result = new Result<>();result.setCode(code);result.setMessage(message);return result;}
}
package com.example.jwtdemo.entity;import lombok.Data;@Data
public class TokenDTO {private String accessToken; // 访问令牌private String refreshToken; // 刷新令牌
}
package com.example.jwtdemo.entity;import lombok.Data;@Data
public class User {private Integer id;private String username;private String password;private String role; // 角色，如"USER"或"ADMIN"
}
4、创建JWT工具类
package com.example.jwtdemo.util;import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.stereotype.Component;import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.function.Function;@Component
public class JwtUtil {@Value("${jwt.secret}")private String secretKey;@Value("${jwt.access-token-expire}")private long accessTokenExpire;@Value("${jwt.refresh-token-expire}")private long refreshTokenExpire;// 从令牌中获取用户名public String getUsernameFromToken(String token) {return getClaimFromToken(token, Claims::getSubject);}// 从令牌中获取过期时间public Date getExpirationDateFromToken(String token) {return getClaimFromToken(token, Claims::getExpiration);}// 从令牌中获取自定义声明public <T> T getClaimFromToken(String token, Function<Claims, T> claimsResolver) {final Claims claims = getAllClaimsFromToken(token);return claimsResolver.apply(claims);}// 解析令牌，获取所有声明private Claims getAllClaimsFromToken(String token) {return Jwts.parser().setSigningKey(secretKey).parseClaimsJws(token).getBody();}// 检查令牌是否过期private Boolean isTokenExpired(String token) {final Date expiration = getExpirationDateFromToken(token);return expiration.before(new Date());}// 生成访问令牌public String generateAccessToken(String username, String role) {Map<String, Object> claims = new HashMap<>();claims.put("role", role); // 存储角色信息return doGenerateToken(claims, username, accessTokenExpire);}// 生成刷新令牌public String generateRefreshToken(String username) {return doGenerateToken(new HashMap<>(), username, refreshTokenExpire);}// 实际生成令牌的方法private String doGenerateToken(Map<String, Object> claims, String subject, long expiration) {return Jwts.builder().setClaims(claims).setSubject(subject) // 用户名作为主题.setIssuedAt(new Date(System.currentTimeMillis())) // 签发时间.setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + expiration)) // 过期时间.signWith(SignatureAlgorithm.HS512, secretKey) // 签名算法和密钥.compact();}// 验证令牌public Boolean validateToken(String token, String username) {final String tokenUsername = getUsernameFromToken(token);return (tokenUsername.equals(username) && !isTokenExpired(token));}
}
5、创建JWT认证拦截器
package com.example.jwtdemo.config;import com.example.jwtdemo.util.JwtUtil;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.servlet.HandlerInterceptor;import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;public class JwtInterceptor implements HandlerInterceptor {@Autowiredprivate JwtUtil jwtUtil;@Overridepublic boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {// 从请求头中获取令牌String authorizationHeader = request.getHeader("Authorization");// 检查令牌是否存在且格式正确if (authorizationHeader == null || !authorizationHeader.startsWith("Bearer ")) {response.setStatus(HttpServletResponse.SC_UNAUTHORIZED);response.getWriter().write("未提供有效的令牌");return false;}// 提取令牌（去掉"Bearer "前缀）String token = authorizationHeader.substring(7);try {// 从令牌中获取用户名String username = jwtUtil.getUsernameFromToken(token);// 验证令牌if (!jwtUtil.validateToken(token, username)) {throw new Exception("令牌无效");}// 令牌有效，将用户名存入请求属性，供后续使用request.setAttribute("username", username);return true;} catch (Exception e) {response.setStatus(HttpServletResponse.SC_UNAUTHORIZED);response.getWriter().write("令牌验证失败：" + e.getMessage());return false;}}
}
7、配置拦截器和Redis
package com.example.jwtdemo.config;import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.InterceptorRegistry;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.WebMvcConfigurer;@Configuration
public class WebConfig implements WebMvcConfigurer {// 注册JWT拦截器@Beanpublic JwtInterceptor jwtInterceptor() {return new JwtInterceptor();}@Overridepublic void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {// 配置拦截器应用的路径registry.addInterceptor(jwtInterceptor()).addPathPatterns("/api/**") // 拦截/api/**路径的请求.excludePathPatterns("/api/login") // 不拦截登录接口.excludePathPatterns("/api/refresh-token"); // 不拦截刷新令牌接口}
}
8、创建服务层
package com.example.jwtdemo.service;import com.example.jwtdemo.entity.TokenDTO;
import com.example.jwtdemo.entity.User;public interface UserService {// 用户登录TokenDTO login(String username, String password);// 刷新访问令牌String refreshToken(String refreshToken);// 注销登录void logout(String username);// 根据用户名获取用户信息User getUserByUsername(String username);
}
package com.example.jwtdemo.service.impl;import com.example.jwtdemo.entity.TokenDTO;
import com.example.jwtdemo.entity.User;
import com.example.jwtdemo.service.UserService;
import com.example.jwtdemo.util.JwtUtil;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;import java.util.concurrent.TimeUnit;@Service
public class UserServiceImpl implements UserService {@Autowiredprivate JwtUtil jwtUtil;@Autowiredprivate StringRedisTemplate redisTemplate;// 模拟数据库中的用户private static final User mockUser = new User();static {mockUser.setId(1);mockUser.setUsername("admin");mockUser.setPassword("123456");mockUser.setRole("ADMIN");}@Overridepublic TokenDTO login(String username, String password) {// 验证用户名密码（实际项目中应查询数据库）if (!mockUser.getUsername().equals(username) || !mockUser.getPassword().equals(password)) {throw new RuntimeException("用户名或密码错误");}// 生成令牌String accessToken = jwtUtil.generateAccessToken(username, mockUser.getRole());String refreshToken = jwtUtil.generateRefreshToken(username);// 将刷新令牌存入Redis，设置过期时间redisTemplate.opsForValue().set("refresh_token:" + username, refreshToken, 7, TimeUnit.DAYS);TokenDTO tokenDTO = new TokenDTO();tokenDTO.setAccessToken(accessToken);tokenDTO.setRefreshToken(refreshToken);return tokenDTO;}@Overridepublic String refreshToken(String refreshToken) {try {// 从刷新令牌中获取用户名String username = jwtUtil.getUsernameFromToken(refreshToken);// 验证刷新令牌是否有效if (!jwtUtil.validateToken(refreshToken, username)) {throw new RuntimeException("刷新令牌无效");}// 检查Redis中是否存在该刷新令牌String storedToken = redisTemplate.opsForValue().get("refresh_token:" + username);if (storedToken == null || !storedToken.equals(refreshToken)) {throw new RuntimeException("刷新令牌已过期或已被注销");}// 生成新的访问令牌User user = getUserByUsername(username);return jwtUtil.generateAccessToken(username, user.getRole());} catch (Exception e) {throw new RuntimeException("刷新令牌失败：" + e.getMessage());}}@Overridepublic void logout(String username) {// 从Redis中删除刷新令牌redisTemplate.delete("refresh_token:" + username);}@Overridepublic User getUserByUsername(String username) {// 实际项目中应查询数据库if (mockUser.getUsername().equals(username)) {return mockUser;}throw new RuntimeException("用户不存在");}
}
9、创建控制器
package com.example.jwtdemo.controller;import com.example.jwtdemo.entity.Result;
import com.example.jwtdemo.entity.TokenDTO;
import com.example.jwtdemo.entity.User;
import com.example.jwtdemo.service.UserService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;import javax.servlet.http.HttpServletRequest;@RestController
@RequestMapping("/api")
public class UserController {@Autowiredprivate UserService userService;// 登录接口@PostMapping("/login")public Result<TokenDTO> login(@RequestParam String username, @RequestParam String password) {try {TokenDTO tokenDTO = userService.login(username, password);return Result.success(tokenDTO);} catch (Exception e) {return Result.error(401, e.getMessage());}}// 刷新令牌接口@PostMapping("/refresh-token")public Result<String> refreshToken(@RequestParam String refreshToken) {try {String newAccessToken = userService.refreshToken(refreshToken);return Result.success(newAccessToken);} catch (Exception e) {return Result.error(401, e.getMessage());}}// 注销接口@PostMapping("/logout")public Result<Void> logout(HttpServletRequest request) {try {String username = (String) request.getAttribute("username");userService.logout(username);return Result.success(null);} catch (Exception e) {return Result.error(500, e.getMessage());}}// 获取用户信息接口（需要认证）@GetMapping("/user/info")public Result<User> getUserInfo(HttpServletRequest request) {try {String username = (String) request.getAttribute("username");User user = userService.getUserByUsername(username);// 出于安全考虑，清除密码信息user.setPassword(null);return Result.success(user);} catch (Exception e) {return Result.error(500, e.getMessage());}}
}

五、核心实现

1、登录流程：用户提交用户名密码 → 验证通过 → 生成 accessToken 和 refreshToken → 返回给客户端
2、认证流程：客户端请求带 accessToken → 拦截器验证 token → 验证通过则允许访问
3、令牌刷新：accessToken 过期 → 用 refreshToken 获取新的 accessToken → 避免重新登录
4、安全机制：

  • 密码验证确保用户身份
  • 令牌签名防止篡改
  • 短期 accessToken 减少泄露风险
  • refreshToken 存储在 Redis 中便于注销

六、核心知识点的回答

1、生成token时如何设置过期时间

1.1、直接指定过期时间

import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import java.util.Date;public class JwtExample {private static final String SECRET_KEY = "your-secret-key";public static String generateToken(String username) {// 直接设置过期时间为 2024-12-31 23:59:59（硬编码，不推荐）Date expirationDate = new Date(1735689599000L); // 时间戳（毫秒）return Jwts.builder().setSubject(username) // 存储用户名.setExpiration(expirationDate) // 设置过期时间.signWith(SignatureAlgorithm.HS256, SECRET_KEY) // 签名.compact();}
}

1.2、动态计算过期时间

  • 获取当前时间戳（System.currentTimeMillis()）；
  • 加上有效期（毫秒单位，如 1 小时 = 3600 * 1000 毫秒）；
  • 转换为 Date 对象传入 setExpiration()。
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import java.util.Date;public class JwtExample {private static final String SECRET_KEY = "your-secret-key";// 有效期：1小时（3600秒 * 1000毫秒）private static final long EXPIRATION_TIME = 3600 * 1000;public static String generateToken(String username) {// 计算过期时间：当前时间 + 有效期Date expirationDate = new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRATION_TIME);return Jwts.builder().setSubject(username) // 存储用户名.setIssuedAt(new Date()) // 签发时间（可选，便于追踪）.setExpiration(expirationDate) // 设置过期时间.signWith(SignatureAlgorithm.HS256, SECRET_KEY) // 签名算法+密钥.compact();}
}

1.3、在配置文件中管理过期时间

  • 配置文件
  • 通过@Value注入配置，动态生成过期时间 
    jwt:secret: your-secret-keyaccess-token-expire: 3600000  # 访问令牌有效期：1小时（毫秒）refresh-token-expire: 604800000  # 刷新令牌有效期：7天（毫秒）
    import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.stereotype.Component;
import java.util.Date;@Component
public class JwtUtil {@Value("${jwt.secret}")private String secretKey;@Value("${jwt.access-token-expire}")private long accessTokenExpire; // 从配置文件注入有效期（毫秒）// 生成访问令牌（短期有效）public String generateAccessToken(String username) {Date expirationDate = new Date(System.currentTimeMillis() + accessTokenExpire);return Jwts.builder().setSubject(username).setExpiration(expirationDate).signWith(SignatureAlgorithm.HS256, secretKey).compact();}
}
    2、JWT有哪些安全隐患？如何解决
  • 隐患 1：Payload 可解码，泄露非敏感信息（如用户名）；解决：不存储敏感信息，仅存用户 ID 等非敏感标识。
  • 隐患 2：令牌泄露后可被恶意使用（无法主动吊销）；解决：短期有效期 + 刷新令牌机制 + 令牌黑名单（Redis）。
  • 隐患 3：密钥泄露导致令牌可伪造；解决：密钥通过环境变量存储，定期更换；使用 RS256 非对称加密（私钥签名，公钥验证）。
  • 隐患 4：传输过程中被劫持；解决：全程使用 HTTPS 加密传输。
3、JWT 和 Session 的区别是什么？

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