[大数据]【数据库与身份认证】MySQL学习、Session和JWT认证机制实现

一、数据库与身份认证

1.1 数据库的基本概念

• 数据库(database)是用来组织、存储和管理数据的仓库。
• 其中，MySQL、Oracle、SQL Server属于传统型数据库(又叫做:关系型数据库或SQL数据库)，这三者的设计理念相同，用法比较类似。
• 而Mongodb属于新型数据库(又叫做:非关系型数据库或NoSQL数据库)，它在一定程度上弥补了传统型数据库的缺陷。

1.1.1 传统型数据库的数据组织结构

• 在传统型数据库中，数据的组织结构分为数据库(database)、数据表(table)、数据行(row)、字段(field) 这4大部分组成。
• 实际开发中库、表、行、段的关系
  • 在实际项目开发中，一般情况下，每个项目都对应独立的数据库。
  • 不同的数据，要存储到数据库的不同表中，例如:用户数据存储到users 表中，图书数据存储到books表中。
  • 每个表中具体存储哪些信息，由字段来决定，例如:我们可以为users,表设计id、username、password这3个字段。
  • 表中的行，代表每一条具体的数据。

1.2 数据库的基本使用

1.2.1 使用 MySQL Workbench 管理数据库

1. 连接数据库

2. 创建数据库

3. 创建数据表

• DataType数据类型
  • int整数
  • varchar(len)字符串(最大长度)
  • tinyint(1)布尔值
• 字段的特殊标识
  • PK(Primary Key) 主键、唯一标识
  • NN(Not Null) 值不允许为空
  • UQ(Unique) 值唯一
  • AI(Auto Increment) 值自动增长

4. 向表中写入数据

2.2.2 使用SQL管理数据库

• SQL (英文全称: Structured Query Language)是结构化查询语言，专门用来访问和处理数据库的编程语言。能够让我们以编程的形式，操作数据库里面的数据。
• 三个关键点：
  1. SQL是一门数据库编程语言
  2. 使用SQL语言编写出来的代码，叫做SQL语句
  3. SQL语言只能在关系型数据库中使用（例如MySQL、Oracle、SQL Server)。非关系型数据库(例如Mongodb)不支持SQL语言

1.3 MySQL的基本使用

1.3.1 SQL的SELECT语句

• SELECT语句用于从表中查询数据。执行的结果被存储在一个结果表中(称为结果集)。语法格式如下:

-- 从指定表中，查询所有数据
SELECT * FROM 表名称

SELECT 列名称 FROM 表名称

1.3.2 SQL的 INSERT INTO 语句

• INSERT INTO语句用于向数据表中插入新的数据行，语法格式如下：

insert into table_name (列1,列2,...) values (值1,值2,...)

示例:

insert into users (username,password) values ('tonystk','01255');

1.3.3 SQL中的 UPDATE 语句

• Update语句用于修改表中的数据。语法格式如下:

update 表名称 set 列名称 = 新值 where 列名称 = 某值

示例：

-- 把表中id为4的用户密码改为'888888'
update users set password = '888888' where id = 4;

1.3.4 SQL中的 DELETE 语句

• DELETE语句用于删除表中的行。语法格式如下:

delete from 表名称 where 列名称 = 值

1.3.5 SQL中的where子句

• WHERE子句用于限定选择的标准。在 SELECT、UPDATE、DELETE语 句中，皆可使用WHERE子句来限定选择的标准。

1.3.6 SQL中的and和or运算符

• AND和OR可在WHERE子语句中把两个或多个条件结合起来。
• 示例：

-- 必须同时满足
select * from users where id>1 and status=0
-- 满足一个即可
select * from users where username=zs or status=1

1.3.6 SQL中的 ORDER BY 子句

• ORDER BY语句用于根据指定的列对结果集进行排序。
• ORDER BY语句默认按照升序对记录进行排序。
• 如果希望按照降序对记录进行排序，可以使用DESC关键字。
• 示例:

-- 使users表按status升序排序
select * from users order by status;
select * from users order by status asc;

-- 使users表按id降序排序
select * from users order by id desc

• 多重排序

-- 先按照status字段进行降序排序，再按照id进行升序排序
select * from users order by status desc ,id asc

1.3.7 SQL中的 COUNT(*) 函数

• COUNT(*)函数用于返回查询结果的总数据条数，语法格式如下:

select count(*) from 表名称

• 使用AS为列设置别名
• 示例

select count(*) as total from users where status=0

1.4 在项目中操作MySQL

1.4.1 安装配置mysql模块

1. 安装操作MySQL数据库的第三方模块**(mysql**)

npm i mysql

2. 通过mysql模块连接到MySQL数据库

var mysql = require('mysql')

// 建立与MySQL数据库的连接关系
var db = mysql.createPool({
    host:'127.0.0.1',   //数据库的ip地址
    user:'root',    //登录数据库的账号
    password:'12345678',
    database:'my_db_01'     //指定要操作哪个数据库
})

3. 检测mysql模块能否正常工作

// 检测mysql模块能否正常工作
db.query('SELECT 1',(err,results)=>{
    if(err) return console.log(err.message)

    console.log(results)
})

结果：

1.4.2 查询数据

• 查询users表中所有数据

db.query('select * from users',(err,results)=>{
    if(err) return console.log(err.message)
    console.log(results)
})

结果

1.4.3 插入数据

db.query('insert into users (username,password) values(?,?)',['sxman','12345'],(err,results)=>{
    if(err) return console.log(err.message)
    if(results.affectedRows === 1){
        console.log('插入数据成功');
    }
})

• 插入数据的便捷方式
  • 向表中新增数据时，如果数据对象的每个属性和数据表的字段一一对应，则可以通过如下方式快速插入数据:

var user = {username:'batman2',password:'23333'}
var sqlStr = 'insert into users set ?'
db.query(sqlStr,user,(err,results)=>{
	if(err) return console.log(err.message);
	if(results.affectedRows === 1){
        console.log('插入数据成功');
    }
})

1.4.4 更新数据

var user = {id:3,username:'aaa',password:'bbb'}
var sqlStr = 'update users set username=?,password=? where id=?'
db.query(sqlStr,[user.username,user.password,user.id],(err,results)=>{
	if(err) return console.log(err.message);
	if(results.affectedRows === 1){
        console.log('更新数据成功');
    }
})

• 更新数据的便捷方式
  • 更新表数据时，如果数据对象的每个属性和数据表的字段一一对应，则可以通过如下方式快速更新表数据:

var user = {id:3,username:'bbb',password:'aaa'}
var sqlStr = 'update users set ? where id=?'
db.query(sqlStr,[user,user.id],(err,results)=>{
	if(err) return console.log(err.message);
	if(results.affectedRows === 1){
        console.log('更新数据成功');
    }
})

1.4.5 删除数据

var sqlStr = 'delete from users where id=?'
db.query(sqlStr,2,(err,results)=>{
    if(err) return console.log(err.message);
	if(results.affectedRows === 1){
        console.log('删除数据成功');
    }
})

1.4.6 标记删除

• 使用DELETE语句，会把真正的把数据从表中删除掉。为了保险起见，推荐使用标记删除的形式，来模拟删除的动作。
• 所谓的标记删除，就是在表中设置类似于status这样的状态字段，来标记当前这条数据是否被删除。
• 当用户执行了删除的动作时，我们并没有执行DELETE语句把数据删除掉，而是执行了UPDATE语句，将这条数据对应的status字段标记为删除即可。

db.query('update users set status=1 where id=?',2,(err,results)=>{
	if(err) return console.log(err.message);
	if(results.affectedRows === 1){
        console.log('删除数据成功');
    }
})

1.5 前后端的身份认证

1.5.1 Web开发模式

• 目前主流的Web开发模式有两种，分别是:
  • 基于服务端渲染的传统 Web开发模式
    • 服务端渲染的概念∶服务器发送给客户端的HTML页面，是在服务器通过字符串的拼接，动态生成的。因此，客户端不需要使用Ajax这样的技术额外请求页面的数据。
    • 优点：
      1. 前端耗时少。因为服务器端负责动态生成HTML内容，浏览器只需要直接渲染页面即可。尤其是移动端，更省电。
      2. 有利于SEO。因为服务器端响应的是完整的HTML页面内容，所以爬虫更容易爬取获得信息，更有利于SEO。
    • 缺点：
      1. 占用服务器端资源。即服务器端完成HTML页面内容的拼接，如果请求较多，会对服务器造成一定的访问压力。
      2. 不利于前后端分离，开发效率低。使用服务器端渲染，则无法进行分工合作，尤其对于前端复杂度高的项目，不利于项目高效开发。
  • 基于前后端分离的新型Web开发模式
    • 前后端分离的概念：前后端分离的开发模式，依赖于Ajax技术的广泛应用。简而言之，前后端分离的Web开发模式，就是后端只负责提供API接口，前端使用Ajax调用接口的开发模式。
    • 优点：
      1. 开发体验好。前端专注于UI页面的开发，后端专注于api的开发，且前端有更多的选择性。
      2. 用户体验好。Ajax技术的广泛应用，极大的提高了用户的体验，可以轻松实现页面的局部刷新。
      3. 减轻了服务器端的渲染压力。因为页面最终是在每个用户的浏览器中生成的。
    • 缺点：
      • 不利于SEO。因为完整的HTML页面需要在客户端动态拼接完成，所以爬虫对无法爬取页面的有效信息。（解决方案:利用Vue、React等前端框架的SSR (server side render）技术能够很好的解决SEO问题！）

1.5.2 身份认证

• 身份认证(Authentication)又称“身份验证”、“鉴权”，是指通过一定的手段，完成对用户身份的确认。
• 服务端渲染开发模式推荐使用Session 认证机制
• 前后端分离开发模式推荐使用JWT认证机制

1.5.3 Session 认证机制

1. HTTP协议的无状态性
   • HTTP协议的无状态性，指的是客户端的每次HTTP请求都是独立的，连续多个请求之间没有直接的关系，服务器不会主动保留每次HTTP请求的状态。
2. Cookie
   • Cookie是存储在用户浏览器中的一段不超过4KB的字符串。它由一个名称(Name)、一个值(Value)和其它几个用于控制Cookie有效期、安全性、使用范围的可选属性组成。
   • 不同域名下的Cookie 各自独立，每当客户端发起请求时，会自动把当前域名下所有未过期的Cookie一同发送到服务器。
   • Cookie的几大特性
     • 自动发送
     • 域名独立
     • 过期时限
     • 4kb限制
3. Cookie在身份认证中的作用
   • 客户端第一次请求服务器的时候，服务器通过响应头的形式，向客户端发送一个身份认证的Cookie，客户端会自动将Cookie保存在浏览器中。
   • 随后，当客户端浏览器每次请求服务器的时候，浏览器会自动将身份认证相关的Cookie，通过请求头的形式发送给服务器，服务器即可验明客户端的身份。
4. Cookie不具有安全性
   • 由于Cookie 是存储在浏览器中的，而且浏览器也提供了读写Cookie的API，因此Cookie很容易被伪造，不具有安全性。因此不建议服务器将重要的隐私数据，通过Cookie的形式发送给浏览器。
   • 注意： 千万不要使用Cookie存储重要且隐私的数据！比如用户的身份信息、密码等。
5. Session 的工作原理
   

1.5.4 Session中间件的使用

1. 安装 express-session 中间件

npm i express-session

2. 配置 express-session 中间件
   • express-session中间件安装成功后，需要通过app.use()来注册session中间件，示例代码如下:

var session = require('express-session')

app.use(session({
    secret:'zilin',  //sectet的属性值可以是任意字符串
    resave: false,  //固定写法
    saveUninitialized: true  //固定写法
}))

3. 向session中存数据
   • 当express-session 中间件配置成功后，即可通过req.session来访问和使用session对象，从而存储用户的关键信息:

app.post('/api/login',(req,res)=>{
    // 判断用户提交的信息是否正确
    if(req.body.username !== 'admin' || req.body.password !== '000000'){
        return res.send({status:1,mag:'登录失败'})
    }

    //注意：只有成功配置了express.session 中间件之后，才能使用 req.session
    req.session.user = req.body
    req.session.islogin = true

    res.send({status:0,msg:'登录成功'})
})

4. 从session中取数据
   • 可以直接从req.session对象上获取之前存储的数据，示例代码如下:

app.get('/api/username',(req,res)=>{
    if(!req.session.islogin){
        return res.send({status:1,mag:'登录失败'})
    }
    res.send({status:0,mag:'success',username:req.session.user.username})
})

5. 清空session
   • 调用req.session.destroy()函数，即可清空服务器保存的session信息。

//清空session
app.post('/api/logout',(req,res)=>{
    req.session.destroy()
    res.send({stutas:0,msg:'退出成功'})
})

1.5.5 JWT认证机制

1. 了解session认证的局限性
   • Session认证机制需要配合Cookie才能实现。由于Cookie默认不支持跨域访问，所以，当涉及到前端跨域请求后端接口的时候，需要做很多额外的配置，才能实现跨域Session认证。
   • 注意：
     • 当前端请求后端接口不存在跨域问题的时候，推荐使用Session身份认证机制。
     • 当前端需要跨域请求后端接口的时候，推荐使用JWT认证机制。
2. JWT(英文全称:JSON Web Token) 是目前最流行的跨域认证解决方案。
3. JWT的工作原理
   • 用户的信息通过Token字符串的形式，保存在客户端浏览器中。服务器通过还原Token字符串的形式来认证用户的身份。
     
4. JWT的组成部分
   • JWT通常由三部分组成，分别是Header(头部)、Payload (有效荷载)、Signature(签名)。格式为：Header.Payload.Signatue
     • Payload部分才是真正的用户信息，它是用户信息经过加密之后生成的字符串。
     • Header和Signature是安全性相关的部分，只是为了保证Token 的安全性。
5. JWT的使用方式
   • 客户端收到服务器返回的JWT之后，通常会将它储存在localStorage或sessionStorage中。
   • 此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个JWT的字符串，从而进行身份认证。推荐的做法是把JWT放在 HTTP请求头的Authorization字段中，格式如下:

Authorization:Bearer <token>

1.5.5 在Express中使用JWT

1. 安装JWT相关的包
   • jsonwebtoken用于生成JWT字符串
   • express-jwt用于将JWT字符串解析还原成JSON对象

npm install jsonwebtoken express-jwt

2. 导入JWT相关的包

//导入JWT相关的包
var jwt = require('jsonwebtoken')
var expressJWT = require('express-jwt')

3. 定义secret密钥
   • 为了保证WT字符串的安全性，防止WT字符串在网络传输过程中被别人破解，我们需要专门定义一个用于加密和解密的secret密钥:
     • 当生成WT字符串的时候，需要使用secret密钥对用户的信息进行加密，最终得到加密好的WT字符串
     • 当把JWT字符串解析还原成JSON对象的时候，需要使用secret密钥进行解密

//secret密钥的本质，就是一个字符串
var secretKey = 'zilin No1 777'

4. 在登录成功后生成JWT字符串
   • 调用jsonwebtoken包提供的sign()方法，将用户的信息加密成JWT字符串，响应给客户端:
   • 参数1：用户的信息对象
   • 参数2：加密的密钥
   • 参数3：配置对象，可以配置当前token的有效期
   • 注意： 不要把密码加密到 token 字符串中

//登录接口
app.post('/api/login',(req,res)=>{
    var userinfo = req.body
    //登录失败
    if(userinfo.username !== admin||userinfo.password !== '000000'){
        return res.send({
            status:400,
            message:'登录失败',
        })
    }
    //登录成功
    var tokenStr = jwt.sign({username:userinfo.username},secretKey,{expiresIn:'30s'})
    res.send({
        status:200,
        message:'登录成功',
        token: tokenStr    //要发送给客户端的token字符串
    })
})

5. 将JWT字符串还原为JSON对象
   • 客户端每次在访问那些有权限接口的时候，都需要主动通过请求头中的Authorization字段，将Token字符串发至服务器讲行身份认证
   • 此时，服务器可以通过 express-jwt这个中间件，自动将客户端发送过来的Token解析还原成JSON对象:

//将JWT字符串还原成JSON对象
app.use(expressJWT({secret:secretKey}).unless({path:[/^\/api\//]}))

6. 使用 req.user 获取信息
   • 当express-jwt这个中间件配置成功之后，即可在那些有权限的接口中，使用req.auth对象，来访问从JWT字符串中解析出来的用户信息了，示例代码如下:

app.get('/admin/getinfo',(req,res)=>{
    console.log(req.auth)
    res.send({
        status:200,
        message:'获取用户信息成功',
        data:req.auth.username    //发送给客户端的用户信息
    })
})

7. 捕获解析JWT失败后产生的错误
   • 当使用express-jwt解析Token字符串时，如果客户端发送过来的Token字符串过期或不合法，会产生一个解析失败的错误，影响项目的正常运行。我们可以通过 Express 的错误中间件，捕获这个错误并进行相关的处理，示例代码如下:

app.use((err,req,res,next)=>{
    if(err.name === 'UnauthorizedError'){
        return res.send({
            status:401,
            message:'无效的token'
        })
    }
    res.send({
        status:500,
        message:'未知错误'
    })
})