使用Spring Boot实现JWT的生成与验证

# 1. 介绍JWT和Spring Boot

## 1.1 什么是JWT

JSON Web Token (JWT) 是一种用于身份验证和授权的开放标准，它由三部分组成：头部、载荷和签名。其中，头部包含了加密算法和令牌类型等信息，载荷包含了用户的身份信息和其他相关数据，签名用于验证令牌的真实性。

JWT的结构如下所示：

xxxxxx.yyyyyy.zzzzzz

其中，xxxxxx代表头部，yyyyyy代表载荷，zzzzzz代表签名。

## 1.2 JWT的优势和用途

JWT的优势主要体现在以下几个方面：

- 简洁性：JWT的数据结构简洁，易于传输和存储。
- 自包含性：JWT中包含了用户的身份信息，可以避免频繁查询数据库。
- 可扩展性：JWT可以自定义载荷，适用于不同的业务场景。
- 安全性：JWT的签名机制可以防止篡改和伪造。

JWT主要用于以下场景：

- 身份验证：用户登录后，服务器生成JWT并返回给客户端，客户端在后续请求中携带JWT进行身份验证。
- 授权访问：JWT中可以包含用户的角色和权限信息，用于授权访问受限资源。
- 单点登录：不同的系统可以共享JWT来实现单点登录。

## 1.3 Spring Boot简介

Spring Boot是一个开源的Java开发框架，它简化了Java应用的开发过程和部署流程，使开发者能够更专注于业务逻辑。Spring Boot提供了丰富的功能模块和自动化配置，可以快速搭建各种类型的应用，包括Web应用、RESTful API、微服务等。

Spring Boot与JWT的结合可以实现快速、安全和可扩展的身份验证和授权机制。在后续的章节中，我们将介绍如何在Spring Boot项目中使用JWT，并探讨JWT在不同应用场景下的应用和最佳实践。

# 2. 搭建Spring Boot项目

在本章中，我们将介绍如何搭建一个基于Spring Boot的项目，并进行必要的配置和依赖项的引入。

### 2.1 创建Spring Boot项目

首先，我们需要使用Spring Initializr来创建一个新的Spring Boot项目。可以通过以下步骤来完成：

1. 打开浏览器，访问[https://start.spring.io/](https://start.spring.io/)。
2. 在页面上，填写项目的基本信息，如项目名称、组织、包名等。
3. 在 **Dependencies** 中，选择你需要的依赖项。在本案例中，我们需要以下依赖：
- Spring Web：用于构建RESTful API。
- Spring Security：用于实现身份验证和授权。
- JWT：用于JWT的生成与解析。
4. 点击 **Generate** 按钮，下载生成的项目压缩包。

### 2.2 配置依赖项

解压下载的项目压缩包后，我们需要进一步配置项目的依赖项。

1. 打开项目的 `pom.xml` 文件，添加以下依赖：

<!-- JWT -->
<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt-api</artifactId>
    <version>0.11.2</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt-impl</artifactId>
    <version>0.11.2</version>
    <scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt-jackson</artifactId>
    <version>0.11.2</version>
    <scope>runtime</scope>
</dependency>

2. 在 `application.properties` 文件中添加以下配置：

# JWT Secret Key
jwt.secret=your_secret_key

### 2.3 集成JWT库

现在我们需要创建一个用于处理JWT的工具类。可以创建一个名为 `JwtUtil.java` 的类，并添加以下内容：

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 secret;

    // 根据用户信息生成JWT
    public String generateToken(UserDetails userDetails) {
        Map<String, Object> claims = new HashMap<>();
        // 将用户ID存储到JWT中
        claims.put("userId", userDetails.getId());

        return createToken(claims, userDetails.getUsername());
    }

    // 从JWT中获取用户ID
    public Long getUserIdFromToken(String token) {
        return Long.parseLong(extractClaim(token, Claims::getSubject));
    }

    // 验证JWT的有效性
    public boolean validateToken(String token, UserDetails userDetails) {
        String username = extractClaim(token, Claims::getSubject);
        return (username.equals(userDetails.getUsername()) && !isTokenExpired(token));
    }

    // 创建JWT
    private String createToken(Map<String, Object> claims, String subject) {
        return Jwts.builder()
                .setClaims(claims)
                .setSubject(subject)
                .setIssuedAt(new Date())
                .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + 1000 * 60 * 60 * 10)) // 设置JWT的过期时间为10小时
                .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, secret)
                .compact();
    }

    // 从JWT中提取信息
    private <T> T extractClaim(String token, Function<Claims, T> claimsResolver) {