什么是前后端分離

本文目錄

• 一 傳統(tǒng)的開發(fā)模式
• 二 前后端分離的開發(fā)模式
• 三 前后分離的優(yōu)點
• 四 JWT實現(xiàn)用戶認證
• 五 跨域問題解決

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一 傳統(tǒng)的開發(fā)模式

前后端分離前我們的開發(fā)協(xié)作模式一般是這樣的：

前端寫好靜態(tài)的HTML頁面交付給后端開發(fā)。靜態(tài)頁面可以本地開發(fā)，也無需考慮業(yè)務邏輯只需要實現(xiàn)View即可。

后端使用模板引擎去套模板，同時內(nèi)嵌一些后端提供的模板變量和一些邏輯操作。

然后前后端集成對接，遇到問題，前臺返工，后臺返工。

然后在集成，直至集成成功。

這種模式的問題

在前端調(diào)試的時候要安裝完整的一套后端開發(fā)工具，要把后端程序完全啟動起來。遇到問題需要后端開發(fā)來幫忙調(diào)試。我們發(fā)現(xiàn)前后端嚴重耦合，還要要求后端人員會一些HTML，JS等前端語言。前端頁面里還嵌入了很多后端的代碼。一旦后端換了一種語言開發(fā)，簡直就要重做。

像這種增加了大量的溝通成本，調(diào)試成本等，而且前后端的開發(fā)進度相互影響，從而大大降低了開發(fā)效率。

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二 前后端分離的開發(fā)模式

前后端分離并不只是開發(fā)模式，而是web應用的一種架構(gòu)模式。在開發(fā)階段，前后端工程師約定好數(shù)據(jù)交互接口，實現(xiàn)并行開發(fā)和測試；在運行階段前后端分離模式需要對web應用進行分離部署，前后端之前使用HTTP或者其他協(xié)議進行交互請求。

1. 客戶端和服務端采用RESTFul API的交互方式進行交互

2. 前后端代碼庫分離

在傳統(tǒng)架構(gòu)模式中，前后端代碼存放于同一個代碼庫中，甚至是同一工程目錄下。頁面中還夾雜著后端代碼。前后端工程師進行開發(fā)時，都必須把整個項目導入到開發(fā)工具中。

前后端代碼庫分離，前端代碼中有可以進行Mock測試(通過構(gòu)造虛擬測試對 象以簡化測試環(huán)境的方法)的偽后端，能支持前端的獨立開發(fā)和測試。而后端代碼中除了功能實現(xiàn)外，還有著詳細的測試用例，以保證API的可用性，降低集成風險。

3. 并行開發(fā)

在開發(fā)期間前后端共同商定好數(shù)據(jù)接口的交互形式和數(shù)據(jù)格式。然后實現(xiàn)前后端的并行開發(fā)，其中前端工程師在開發(fā)完成之后可以獨自進行mock測試，而后端也可以使用Postman等接口測試軟件進行接口自測，然后前后端一起進行功能聯(lián)調(diào)并校驗格式，最終進行自動化測試。

分離后，開發(fā)模式是這樣的

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三 前后分離的優(yōu)點

為優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品打造精益團隊

通過將開發(fā)團隊前后端分離化，讓前后端工程師只需要專注于前端或后端的開發(fā)工作，是的前后端工程師實現(xiàn)自治，培養(yǎng)其獨特的技術(shù)特性，然后構(gòu)建出一個全棧式的精益開發(fā)團隊。

提升開發(fā)效率

前后端分離以后，可以實現(xiàn)前后端代碼的解耦，只要前后端溝通約定好應用所需接口以及接口參數(shù)，便可以開始并行開發(fā)，無需等待對方的開發(fā)工作結(jié)束。與此同時，即使需求發(fā)生變更，只要接口與數(shù)據(jù)格式不變，后端開發(fā)人員就不需要修改代碼，只要前端進行變動即可。如此一來整個應用的開發(fā)效率必然會有質(zhì)的提升。

完美應對復雜多變的前端需求

如果開發(fā)團隊能完成前后端分離的轉(zhuǎn)型，打造優(yōu)秀的前后端團隊，開發(fā)獨立化，讓開發(fā)人員做到專注專精，開發(fā)能力必然會有所提升，能夠完美應對各種復雜多變的前端需求。

增強代碼可維護性

前后端分離后，應用的代碼不再是前后端混合，只有在運行期才會有調(diào)用依賴關系。應用代碼將會變得整潔清晰，不論是代碼閱讀還是代碼維護都會比以前輕松。

使用了前后端分離架構(gòu)后，除了開發(fā)模式的變更，我們在開發(fā)的過程中還會遇到哪些問題呢？我們接著往下看。

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四 JWT實現(xiàn)用戶認證

我們先來看看傳統(tǒng)開發(fā)，我們是如何進行用戶認證的

前端登錄，后端根據(jù)用戶信息生成一個jsessionid，并保存這個 jsessionid 和對應的用戶id到Session中，接著把 jsessionid 傳給用戶，存入瀏覽器 cookie，之后瀏覽器請求帶上這個cookie，后端根據(jù)這個cookie值來查詢用戶，驗證是否過期。

HTTP有一個特性：無狀態(tài)的，就是前后兩個HTTP事務它們并不知道對方的信息。而為了維護會話信息或用戶信息，一般可用Cookie和Session技術(shù)緩存信息。

- Cookie是存儲在客戶端的

- Session是存儲在服務端的

但這樣做問題就很多，如果我們的頁面出現(xiàn)了 XSS 漏洞，由于 cookie 可以被 JavaScript 讀取，XSS 漏洞會導致用戶 token 泄露，而作為后端識別用戶的標識，cookie 的泄露意味著用戶信息不再安全。盡管我們通過轉(zhuǎn)義輸出內(nèi)容，使用 CDN 等可以盡量避免 XSS 注入，但誰也不能保證在大型的項目中不會出現(xiàn)這個問題。

在設置 cookie 的時候，其實你還可以設置 httpOnly 以及 secure 項。設置 httpOnly 后 cookie 將不能被 JS 讀取，瀏覽器會自動的把它加在請求的 header 當中，設置 secure 的話，cookie 就只允許通過 HTTPS 傳輸。secure 選項可以過濾掉一些使用 HTTP 協(xié)議的 XSS 注入，但并不能完全阻止。

httpOnly 選項使得 JS 不能讀取到 cookie，那么 XSS 注入的問題也基本不用擔心了。但設置 httpOnly 就帶來了另一個問題，就是很容易的被 XSRF，即跨站請求偽造。當你瀏覽器開著這個頁面的時候，另一個頁面可以很容易的跨站請求這個頁面的內(nèi)容。因為 cookie 默認被發(fā)了出去。

解決方案

JWT（Json Web Token）

JWT 是一個開放標準(RFC 7519)，它定義了一種用于簡潔，自包含的用于通信雙方之間以 JSON 對象的形式安全傳遞信息的方法。該信息可以被驗證和信任，因為它是數(shù)字簽名的。JWTS可以使用秘密（使用HMAC算法）或公鑰/私鑰對使用RSA或ECDSA來簽名。

- 簡潔(Compact)：可以通過URL, POST 參數(shù)或者在 HTTP header 發(fā)送，因為數(shù)據(jù)量小，傳輸速度快。

- 自包含(Self-contained)：負載中包含了所有用戶所需要的信息，避免了多次查詢數(shù)據(jù)庫。

JWT 組成

JWT由3個子字符串組成，分別為Header，Payload以及Signature，結(jié)合JWT的格式即：Header.Payload.Signature。（Claim是描述Json的信息的一個Json，將Claim轉(zhuǎn)碼之后生成Payload）。

Header 

Header是由下面這個格式的Json通過Base64編碼（編碼不是加密，是可以通過反編碼的方式獲取到這個原來的Json，所以JWT中存放的一般是不敏感的信息）生成的字符串，Header中存放的內(nèi)容是說明編碼對象是一個JWT以及使用“SHA-256”的算法進行加密（加密用于生成Signature）

{
"typ":"JWT",
"alg":"HS256"
}

- 頭部包含了兩部分，token 類型和采用的加密算法

- Base64是一種編碼，也就是說，它是可以被翻譯回原來的樣子來的。它并不是一種加密過程。

Payload

Payload是通過Claim進行Base64轉(zhuǎn)碼之后生成的一串字符串，Claim是一個Json，Claim中存放的內(nèi)容是JWT自身的標準屬性，所有的標準屬性都是可選的，可以自行添加，比如：JWT的簽發(fā)者、JWT的接收者、JWT的持續(xù)時間等；同時Claim中也可以存放一些自定義的屬性，這個自定義的屬性就是在用戶認證中用于標明用戶身份的一個屬性，比如用戶存放在數(shù)據(jù)庫中的id，為了安全起見，一般不會將用戶名及密碼這類敏感的信息存放在Claim中。將Claim通過Base64轉(zhuǎn)碼之后生成的一串字符串稱作Payload。

{
"iss":"Issuer —— 用于說明該JWT是由誰簽發(fā)的",
"sub":"Subject —— 用于說明該JWT面向的對象",
"aud":"Audience —— 用于說明該JWT發(fā)送給的用戶",
"exp":"Expiration Time —— 數(shù)字類型，說明該JWT過期的時間",
"nbf":"Not Before —— 數(shù)字類型，說明在該時間之前JWT不能被接受與處理",
"iat":"Issued At —— 數(shù)字類型，說明該JWT何時被簽發(fā)",
"jti":"JWT ID —— 說明標明JWT的唯一ID",
"user-definde1":"自定義屬性舉例",
"user-definde2":"自定義屬性舉例"
}

Signature

Signature是由Header和Payload組合而成，將Header和Claim這兩個Json分別使用Base64方式進行編碼，生成字符串Header和Payload，然后將Header和Payload以Header.Payload的格式組合在一起形成一個字符串，然后使用上面定義好的加密算法和一個密匙（這個密匙存放在服務器上，用于進行驗證）對這個字符串進行加密，形成一個新的字符串，這個字符串就是Signature。

簽名的目的：最后一步簽名的過程，實際上是對頭部以及負載內(nèi)容進行簽名，防止內(nèi)容被竄改。如果有人對頭部以及負載的內(nèi)容解碼之后進行修改，再進行編碼，最后加上之前的簽名組合形成新的JWT的話，那么服務器端會判斷出新的頭部和負載形成的簽名和JWT附帶上的簽名是不一樣的。如果要對新的頭部和負載進行簽名，在不知道服務器加密時用的密鑰的話，得出來的簽名也是不一樣的。

三個部分通過.連接在一起就是我們的 JWT 了：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJpZCI6IjU3ZmVmMTY0ZTU0YWY2NGZmYzUzZGJkNSIsInhzcmYiOiI0ZWE1YzUwOGE2NTY2ZTc2MjQwNTQzZjhmZWIwNmZkNDU3Nzc3YmUzOTU0OWM0MDE2NDM2YWZkYTY1ZDIzMzBlIiwiaWF0IjoxNDc2NDI3OTMzfQ.PA3QjeyZSUh7H0GfE0vJaKW4LjKJuC3dVLQiY4hii8s

JWT認證

服務器在生成一個JWT之后會將這個token發(fā)送到客戶端機器，在客戶端再次訪問受到JWT保護的資源URL鏈接的時候，服務器會獲取到這個token信息，首先將Header進行反編碼獲取到加密的算法，在通過存放在服務器上的密匙對Header.Payload 這個字符串進行加密，比對token中的Signature和實際加密出來的結(jié)果是否一致，如果一致那么說明該token是合法有效的，認證成功，否則認證失敗。

JWT使用總結(jié)

1. 首先，前端通過Web表單將自己的用戶名和密碼發(fā)送到后端的接口。這一過程一般是一個HTTP POST請求。建議的方式是通過SSL加密的傳輸（https協(xié)議），從而避免敏感信息被嗅探。

2. 后端核對用戶名和密碼成功后，將用戶的id等其他信息作為JWT Payload（負載），將其與頭部分別進行Base64編碼拼接后簽名，形成一個JWT。形成的JWT就是一個形同lll.zzz.xxx的字符串。

3. 后端將JWT字符串作為登錄成功的返回結(jié)果返回給前端。前端可以將返回的結(jié)果保存在Cookie或localStorage或sessionStorage上，退出登錄時前端刪除保存的JWT即可。

4. 前端在每次請求時將JWT放入HTTP Header中的Authorization位。(解決XSS和XSRF問題)

5. 后端檢查是否存在，如存在驗證JWT的有效性。例如，檢查簽名是否正確；檢查Token是否過期；檢查Token的接收方是否是自己（可選）。

6. 驗證通過后后端使用JWT中包含的用戶信息進行其他邏輯操作，返回相應結(jié)果。

JWT和Session方式存儲id的差異

Session方式存儲用戶id的最大弊病在于Session是存儲在服務器端的，所以需要占用大量服務器內(nèi)存，對于較大型應用而言可能還要保存許多的狀態(tài)。一般而言，大型應用還需要借助一些KV數(shù)據(jù)庫和一系列緩存機制來實現(xiàn)Session的存儲。

而JWT方式將用戶狀態(tài)分散到了客戶端中，可以明顯減輕服務端的內(nèi)存壓力。除了用戶id之外，還可以存儲其他的和用戶相關的信息，例如該用戶是否是管理員、用戶所在的分組等。雖說JWT方式讓服務器有一些計算壓力（例如加密、編碼和解碼），但是這些壓力相比磁盤存儲而言可能就不算什么了。

單點登錄

Session方式來存儲用戶id，一開始用戶的Session只會存儲在一臺服務器上。對于有多個子域名的站點，每個子域名至少會對應一臺不同的服務器，例如：

www.taobao.com，nv.taobao.com，nz.taobao.com，login.taobao.com。所以如果要實現(xiàn)在login.taobao.com登錄后，在其他的子域名下依然可以取到Session，這要求我們在多臺服務器上同步Session。使用JWT的方式則沒有這個問題的存在，因為用戶的狀態(tài)已經(jīng)被傳送到了客戶端。

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五 跨域問題解決

當客戶端和服務端分開部署到不同服務器的時候，就會遇到跨域訪問的問題，是由瀏覽器同源策略限制的一類請求場景。

跨域解決方案有很多種，下面使用Nginx反向代理的方案

反向代理

代理訪問其實在實際應用中有很多場景，在跨域中應用的原理做法為：通過反向代理服務器監(jiān)聽同端口，同域名的訪問，不同路徑映射到不同的地址，比如，在nginx服務器中，監(jiān)聽同一個域名和端口，不同路徑轉(zhuǎn)發(fā)到客戶端和服務器，把不同端口和域名的限制通過反向代理，來解決跨域的問題：

server {
listen       80;
server_name  domain.com;
#charset koi8-r;
#access_log  logs/host.access.log  main;
location /client { #訪問客戶端路徑
proxy_pass http://localhost:81;
proxy_redirect default;
    }
location /apis { #訪問服務器路徑
rewrite  ^/apis/(.*)$ /$1 break;
proxy_pass   http://localhost:82;
    }
}