Spring Boot和Shiro入门教程-基础概念和环境搭建

# 1. 简介

#### 1.1 什么是Spring Boot

Spring Boot是一个用于简化开发Spring应用程序的框架。它采用约定大于配置的原则，可以快速地搭建独立的、生产级的Spring应用程序。Spring Boot通过自动配置、快速启动和轻量级原则，让开发者可以更专注于业务逻辑的编写，而不必关注繁琐的配置和部署过程。

#### 1.2 什么是Shiro

Shiro是一个强大且灵活的Java安全框架，可以提供身份认证、权限授权、会话管理等安全功能。它采用简单直观的API，可以轻松地与任何Java应用程序集成，并且对企业级应用程序的安全需求提供了完善的解决方案。

#### 1.3 为什么选择使用Spring Boot和Shiro

Spring Boot和Shiro的结合可以提供一个全面的解决方案，使开发者能够快速地搭建安全可靠的Web应用程序。Spring Boot的快速启动特性可以减少项目的开发周期，而Shiro的灵活性和易用性则为身份认证、权限授权和会话管理等安全功能提供了完备的支持。通过使用Spring Boot和Shiro，开发者可以更加专注于实现业务需求，而不必关注安全相关的技术细节。

在接下来的章节中，我们将介绍如何准备环境、初步了解Spring Boot和Shiro、以及如何集成它们并进行测试和调试。

# 2. 环境准备

在开始使用Spring Boot和Shiro之前，我们需要先进行一些环境准备工作。

#### 2.1 安装Java开发环境

首先，确保你的电脑上已经安装了Java开发环境（JDK）。你可以通过以下命令来检查Java的安装情况：

java -version

如果你没有安装Java或者版本过低，你可以去官方网站（https://www.oracle.com/java/technologies/javase-jdk11-downloads.html）下载最新版本的JDK并进行安装。

#### 2.2 安装Maven构建工具

接下来，我们需要安装Maven，这是一个用于构建Java项目的工具。你可以在Maven的官方网站（https://maven.apache.org/）上下载Maven的最新版本并进行安装。

安装完成后，你可以通过以下命令来检查Maven的安装情况：

mvn -v

#### 2.3 下载并配置Spring Boot项目

现在，我们可以开始创建一个新的Spring Boot项目。你可以使用Spring Initializr（https://start.spring.io/）来快速生成一个基本的Spring Boot项目。

在Spring Initializr的网页上，你可以选择项目的基本配置，如项目的名称、类名、Java版本等。还可以选择相关的依赖项，例如Web、数据库、安全等。

下载生成的项目后，解压并打开项目所在的文件夹。

#### 2.4 导入Shiro依赖

在项目的根目录下，找到名为pom.xml的文件，这是Maven项目的配置文件。在文件中，我们需要添加Shiro的依赖。

在<dependencies>标签内，添加以下代码：

<dependency>
    <groupId>org.apache.shiro</groupId>
    <artifactId>shiro-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>1.5.3</version>
</dependency>

这样就成功导入了Shiro的依赖。接下来，我们可以开始使用Spring Boot和Shiro进行开发了。

在下一章节中，我们将介绍Spring Boot的基础概念，让你对它有更深入的了解。

# 3. Spring Boot初步了解

在本章中，我们将介绍Spring Boot的基本概念和特点，以及如何创建Spring Boot项目并了解其核心组件和项目结构。

#### 3.1 Spring Boot的特点和优势

Spring Boot是一个基于Spring框架的开源Java应用程序开发框架。它通过简化配置和提供各种默认配置，使得开发者可以更加快速、简便地构建和部署应用程序。

以下是Spring Boot的一些主要特点和优势：

- **简化配置**：Spring Boot通过自动配置和提供各种默认配置，使得开发者不再需要手动进行繁琐的配置，可以快速启动和开发应用程序。
- **内嵌服务器**：Spring Boot可以将应用程序打包为可执行的JAR文件，并且内置了Tomcat、Jetty等常用的Web服务器，方便部署和运行应用程序。
- **自动装配**：Spring Boot通过扫描项目中的依赖关系，自动配置和装配相应的组件，减少了开发者的工作量。
- **健康监测**：Spring Boot提供了健康监测的功能，可以查看应用程序的运行状态和性能指标。
- **快速开发**：Spring Boot提供了丰富的起步依赖库，可以快速集成常用的功能模块，如数据库访问、安全认证等，使开发变得更快捷和高效。

#### 3.2 创建Spring Boot项目

使用Spring Boot创建一个新的项目非常简单，只需要按照以下步骤操作：

1. 在IDE中创建一个新的Maven或Gradle项目。
2. 在项目的pom.xml或build.gradle文件中添加Spring Boot的依赖。
3. 创建一个主程序类，使用`@SpringBootApplication`注解标记。
4. 编写业务逻辑代码和配置文件。

通过以上步骤，我们就可以创建一个基本的Spring Boot项目了。

#### 3.3 Spring Boot的核心组件

Spring Boot由以下几个核心组件构成：

- **自动配置**：Spring Boot根据项目依赖和配置文件的情况自动进行配置和装配。
- **起步依赖**：Spring Boot提供了一系列的起步依赖库，可以快速集成常用的功能模块，如数据库访问、Web开发等。
- **应用程序类**：Spring Boot中的应用程序类使用`@SpringBootApplication`注解标记，表示这是一个Spring Boot应用。通过Spring Boot的运行机制，可以自动加载和启动应用程序。
- **外部配置**：Spring Boot支持使用属性文件、YAML文件等多种方式进行外部配置，使得应用程序的配置变得更加灵活和易于管理。
- **运行时监控**：Spring Boot提供了历史数据和指标收集的功能，可以方便地监控应用程序的运行情况。

#### 3.4 Spring Boot的项目结构

Spring Boot项目的结构通常遵循标准的Maven或Gradle项目结构，主要包括以下几个目录和文件：

- **src/main/java**：用于存放Java源代码。
- **src/main/resources**：用于存放配置文件、静态资源等。
- **src/test/java**：用于存放测试代码。
- **pom.xml**：Maven项目的配置文件，用于描述项目的依赖和配置。
- **application.properties**（或application.yml）：Spring Boot的主配置文件，用于配置应用程序的各种属性和特性。

通过遵循这样的项目结构，可以使得项目更加清晰和易于维护。

在下一章节中，我们将介绍Shiro的基础概念。

# 4. Shiro基础概念

Shiro 是一个强大且易用的 Java 安全框架，提供了认证、授权、加密、会话管理等安全管理功能。在集成到 Spring Boot 项目中之后，可以为应用程序提供安全保障。本章将介绍 Shiro 的基本概念和功能，帮助读者理解 Shiro 在项目中的作用和使用方法。

#### 4.1 认识Shiro的核心概念

在使用 Shiro 之前，需要了解一些核心概念：
- Subject: 主体，可以是用户、第三方服务或者其他系统的用户。
- SecurityManager: 安全管理器，是 Shiro 的核心，管理所有的 Subject，提供安全认证、授权等功能。
- Realm: 域，用于验证用户身份和授权，可以连接后端的数据源，比如数据库或 LDAP。
- Authentication: 认证，验证用户身份的过程。
- Authorization: 授权，决定用户是否具有执行特定操作的权限。
- Session Manager: 会话管理器，管理用户的会话状态。

#### 4.2 身份认证与授权

身份认证是验证用户身份的过程，而授权则是确定用户是否具有执行特定操作的权限。Shiro 提供了丰富的身份认证和授权方式，包括基于表单的认证、基于角色的访问控制等。

#### 4.3 Shiro的权限管理

Shiro 支持基于权限的访问控制，可以通过配置角色和权限，灵活地控制用户对资源的访问权限。

#### 4.4 Shiro的会话管理

Shiro 提供了灵活的会话管理功能，可以对用户的会话状态进行管理，并且支持集群环境下的会话共享和管理。

在接下来的章节中，我们将学习如何在 Spring Boot 项目中集成 Shiro，并实现身份认证、授权和会话管理等功能。

# 5. 集成Spring Boot和Shiro

在前面的章节中，我们已经了解了Spring Boot和Shiro的基本概念，并进行了环境的准备工作。现在，我们将开始集成Spring Boot和Shiro，实现身份认证和授权的功能。

#### 5.1 添加Shiro配置文件

首先，我们需要在Spring Boot项目中添加Shiro的配置文件。在`resources`目录下创建一个名为`shiro.ini`的文件，并添加以下内容：

# Shiro的配置文件

# 定义Realm
[main]
myRealm = com.example.MyRealm
securityManager.realms = $myRealm

# 配置SecurityManager
[users]
admin = admin, admin
user = user, user
[roles]
admin = *
user = *

# 配置过滤规则
[urls]
/login = anon
/logout = logout
/admin/** = roles[admin]
/** = authc

在这个配置文件中，我们首先定义了一个`myRealm`，并将其配置到`securityManager`中。然后，我们定义了两个用户`admin`和`user`，以及它们的角色。最后，我们配置了一些过滤规则，例如`/login`的访问是匿名的，`/logout`需要注销，`/admin/**`需要角色`admin`才能访问，其他路径都需要进行身份认证。

#### 5.2 自定义Shiro的Realm

接下来，我们需要自定义一个Shiro的Realm，用于完成身份认证和授权的逻辑。在项目中创建一个名为`MyRealm`的类，并继承`AuthorizingRealm`类，实现以下方法：

public class MyRealm extends AuthorizingRealm {

    // 身份认证
    @Override
    protected AuthenticationInfo doGetAuthenticationInfo(AuthenticationToken token) throws AuthenticationException {
        // 获取用户输入的用户名和密码
        String username = (String) token.getPrincipal();
        String password = new String((char[]) token.getCredentials());
        // 根据用户名查询数据库，获取用户信息
        User user = userService.getUserByUsername(username);
        // 判断用户是否存在以及密码是否正确
        if (user == null || !password.equals(user.getPassword())) {
            throw new IncorrectCredentialsException("用户名或密码错误");
        }
        // 身份认证成功，返回AuthenticationInfo对象
        return new SimpleAuthenticationInfo(username, password, getName());
    }

    // 授权
    @Override
    protected AuthorizationInfo doGetAuthorizationInfo(PrincipalCollection principals) {
        // 获取当前登录用户的用户名
        String username = (String) principals.getPrimaryPrincipal();
        // 查询数据库，获取用户的角色和权限信息
        Set<String> roles = userService.getRolesByUsername(username);
        Set<String> permissions = userService.getPermissionsByUsername(username);
        SimpleAuthorizationInfo authorizationInfo = new SimpleAuthorizationInfo();
        authorizationInfo.setRoles(roles);
        authorizationInfo.setStringPermissions(permissions);
        return authorizationInfo;
    }
}

在这个自定义的Realm中，我们通过`doGetAuthenticationInfo`方法完成了用户的身份认证，通过`doGetAuthorizationInfo`方法完成了用户的授权。其中，我们可以根据具体的业务需求调用UserService来查询数据库，获取用户信息、角色和权限等。

#### 5.3 实现身份认证和授权功能

为了集成Spring Boot和Shiro，我们需要在Spring Boot项目中进行配置。在Application类上添加`@EnableShiroAnnotation`注解，开启Shiro的注解支持。然后，在需要进行身份认证和授权的方法或类上添加相应的注解，例如`@RequiresAuthentication`、`@RequiresUser`、`@RequiresRoles`、`@RequiresPermissions`等。

@SpringBootApplication
@EnableShiroAnnotation
public class Application {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
    @RequiresAuthentication
    @RequestMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "Hello, World!";
    }
}

在这个例子中，我们使用`@RequiresAuthentication`注解来标注`/hello`接口，表示这个接口需要进行身份认证才能访问。如果没有认证或者认证失败，将返回401错误。

#### 5.4 实现基于权限的访问控制

除了基于角色的访问控制外，Shiro还可以进行基于权限的访问控制。我们可以在Shiro的配置文件中为不同的URL路径配置相应的权限，然后在需要控制的地方使用`@RequiresPermissions`注解来进行权限的校验。

[urls]
/admin/user/** = roles[admin]
/admin/user/add = perms[user:add]
/admin/user/delete = perms[user:delete]

在这个例子中，`/admin/user/**`需要角色`admin`才能访问，`/admin/user/add`和`/admin/user/delete`需要`user:add`和`user:delete`权限才能访问。我们可以在相应的方法或类上添加`@RequiresPermissions`注解来进行权限的校验。

@RequiresPermissions("user:add")
@RequestMapping("/admin/user/add")
public String addUser() {
    // 添加用户业务逻辑
}

通过以上步骤，我们已经完成了Spring Boot和Shiro的集成，实现了身份认证和授权的功能。可以通过调用相应的接口来测试功能的运行情况，并根据具体业务需求进行权限的配置和校验。

### 6. 测试和调试

为了验证集成和配置的正确性，我们可以编写一些单元测试来测试和调试Spring Boot和Shiro的应用程序。在测试类中，我们可以借助`@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)`注解和`@SpringBootTest`注解来完成单元测试的配置和运行。

@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@SpringBootTest
public class ApplicationTest {

    @Autowired
    private WebApplicationContext context;

    private MockMvc mockMvc;

    @Before
    public void setupMockMvc() {
        mockMvc = MockMvcBuilders.webAppContextSetup(context).build();
    }

    @Test
    public void testHello() throws Exception {
        mockMvc.perform(MockMvcRequestBuilders.get("/hello"))
                .andExpect(MockMvcResultMatchers.status().isOk())
                .andExpect(MockMvcResultMatchers.content().string("Hello, World!"));
    }
}

在这个例子中，我们使用`MockMvc`来模拟请求和响应，并通过`perform`方法发送一个GET请求到`/hello`接口，然后通过`andExpect`方法对响应的状态码和内容进行验证。

通过运行单元测试，我们可以验证Spring Boot和Shiro的应用程序是否正常运行，并检查功能的正确性。如果遇到了问题，可以根据错误信息进行排查和修复。

### 6.3 常见问题和解决方法

在使用Spring Boot和Shiro的过程中，可能会遇到一些常见的问题。下面列举了一些可能遇到的问题及其解决方法：

- 问题：启动时报错，找不到`shiro.ini`文件。
解决方法：检查`shiro.ini`文件是否在正确的位置，并且确保文件名的拼写和大小写是否正确。

- 问题：访问受保护的接口时，返回401错误。
解决方法：检查是否已经进行了身份认证，例如是否添加了`@RequiresAuthentication`注解。

- 问题：访问受保护的接口时，返回403错误。
解决方法：检查当前用户是否具有访问该接口所需的角色或权限，例如是否添加了`@RequiresRoles`或`@RequiresPermissions`注解。

- 问题：无法获取用户的角色和权限信息。
解决方法：检查自定义的Realm是否正确实现了`doGetAuthorizationInfo`方法，并正确设置角色和权限信息。

通过以上这些解决方法，我们可以排除一些常见问题，并且根据具体的错误信息进行修复和调试，保证Spring Boot和Shiro的应用程序运行正常。

通过以上章节内容，我们已经完成了Spring Boot和Shiro的集成。可以通过编写单元测试来验证集成和配置的正确性，并根据具体业务需求进行权限的配置和校验。同时，我们也列举了一些常见问题和解决方法，帮助读者在使用过程中更好地排查和修复问题。通过这篇文章的学习，读者可以掌握Spring Boot和Shiro的基本概念和使用方法，为开发安全可靠的应用程序提供了一种简单高效的解决方案。

# 6. 测试和调试

在本章中，我们将讨论如何进行测试和调试Spring Boot和Shiro应用程序。我们将学习如何编写单元测试，以及如何运行和调试应用程序。最后，我们还会介绍一些常见问题和它们的解决方法。

#### 6.1 编写单元测试

在编写单元测试时，我们可以使用Spring Boot提供的测试框架来对应用程序的各个部分进行测试。在集成Shiro时，我们可以针对身份认证、授权和权限管理等功能编写相应的单元测试，以确保这些功能的正确性。

// 示例代码：身份认证单元测试
@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@SpringBootTest
public class AuthenticationTest {

    @Autowired
    private SecurityManager securityManager;

    @Before
    public void setup() {
        SecurityUtils.setSecurityManager(securityManager);
    }

    @Test
    public void testLogin() {
        // 模拟用户登录
        Subject currentUser = SecurityUtils.getSubject();
        UsernamePasswordToken token = new UsernamePasswordToken("username", "password");
        currentUser.login(token);

        // 断言用户已经登录
        assertTrue(currentUser.isAuthenticated());
    }

    // 其他身份认证的测试用例...
}

在实际项目中，我们可以编写类似的单元测试用例来覆盖各个功能点，以保证代码的健壮性和可靠性。

#### 6.2 运行和调试Spring Boot和Shiro应用程序

在开发过程中，我们可以使用IDE集成的调试工具来对Spring Boot和Shiro应用程序进行调试。通过设置断点、监视变量和调试日志等方式，快速定位和解决问题。

另外，我们可以通过命令行工具来运行Spring Boot应用程序，并查看控制台输出和应用程序的日志，以便及时发现和排查问题。

#### 6.3 常见问题和解决方法

在使用Spring Boot和Shiro的过程中，可能会遇到一些常见问题，比如权限配置错误、登录失败等。针对这些问题，我们可以通过查阅官方文档、搜索社区论坛或者查阅源代码来找到解决方法。

另外，我们还可以借助一些调试工具来对应用程序进行性能分析和问题定位，比如调用堆栈分析工具、内存分析工具等。这些工具可以帮助我们更快速地定位和解决问题。

通过本章的学习，我们可以更加高效地进行测试和调试，保证应用程序的质量和稳定性。