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java使用Hutool工具库实现图形验证码

Hutool工具库简化了Java图形验证码的实现过程。它提供ICaptcha接口和AbstractCaptcha抽象类,封装了验证码生成、校验等核心功能。开发者可快速创建线段、圆圈或扭曲干扰等样式的验证码,并通过集成到Web登录流程,实现包含时效性验证的安全校验机制。

本文目录

    在Ja va开发中,图形验证码是提升系统安全性的常见手段。自己从头实现一套,不仅要处理图形绘制、干扰线生成,还得考虑代码的随机性和安全性,确实费时费力。好在,我们有现成的轮子——Hutool工具库,它能让我们用极简的代码,快速实现专业级的验证码功能。

    关于Hutool的介绍

    Hutool是一个小而全的Ja va工具类库,通过静态方法封装,降低相关API的学习成本,提高工作效率,使Ja va拥有函数式语言般的优雅,让Ja va语言也可以“甜甜的”。

    Hutool中的工具方法来自每个用户的精雕细琢,它涵盖了Ja va开发底层代码中的方方面面,它既是大型项目开发中解决小问题的利器,也是小型项目中的效率担当;

    Hutool是项目中“util”包友好的替代,它节省了开发人员对项目中公用类和公用工具方法的封装时间,使开发专注于业务,同时可以最大限度的避免封装不完善带来的bug。

    要使用它,首先需要在项目的pom.xml文件中引入依赖:

    
        cn.hutool
        hutool-all
        5.8.26
    

    图形验证码

    介绍

    验证码功能位于cn.hutool.captcha包中,其核心是一个名为ICaptcha的接口。这个接口定义了几个关键方法,基本上涵盖了一个验证码组件应有的所有行为:

    createCode:创建验证码。实现类需要在这里生成随机的验证码字符串和对应的图片。

    getCode:获取验证码的文字内容,也就是用户需要识别的那个字符串。

    verify:校验用户输入的验证码是否正确。通常建议忽略大小写进行比对。

    write:将生成的验证码图片写出到指定的输出流中。

    其中,write方法只接收一个OutputStream参数,这样的设计很巧妙,使得实现类可以基于这个方法轻松扩展出写出到文件、响应流等多种方式。

    Hutool还提供了一个AbstractCaptcha抽象类作为ICaptcha的基础实现。它已经把验证码文本的生成、忽略大小写的验证、以及写出到流和文件这些通用逻辑都封装好了。作为开发者,我们通常只需要继承这个抽象类,并实现createImage方法来定义具体的图形生成规则即可,大大减少了重复劳动。

    LineCaptcha:实现线段干扰的验证码

    线段干扰是最经典的验证码样式之一。用Hutool实现起来,简单得超乎想象:

    import cn.hutool.captcha.CaptchaUtil;
    import cn.hutool.captcha.LineCaptcha;
    import cn.hutool.core.lang.Console;
    
    public class DemoController {
        public static void main(String[] args) {
            // 定义图形验证码的长和宽
            LineCaptcha lineCaptcha = CaptchaUtil.createLineCaptcha(200, 100);
    
            // 将图形验证码写出到文件
            lineCaptcha.write("d:/line.png");
            // 在控制台输出生成的验证码文本,方便调试
            Console.log(lineCaptcha.getCode());
            // 验证用户输入的“1234”是否正确
            lineCaptcha.verify("1234");
    
            // 如果需要,可以重新生成验证码
            lineCaptcha.createCode();
            lineCaptcha.write("d:/line.png");
            // 输出新的验证码
            Console.log(lineCaptcha.getCode());
            // 再次验证
            lineCaptcha.verify("1234");
        }
    }

    运行上面的代码,控制台会输出验证码内容,同时会在D盘根目录生成一张图片。效果如下:

    ja va使用Hutool工具库实现图形验证码

    这就是生成的带有线段干扰的图形验证码:

    ja va使用Hutool工具库实现图形验证码

    CircleCaptcha:实现圆圈干扰验证码

    如果你觉得线段干扰有点普通,想换点花样,圆圈干扰是个不错的选择。它用随机的小圆圈作为干扰元素,同样只需几行代码:

    import cn.hutool.captcha.CaptchaUtil;
    import cn.hutool.captcha.CircleCaptcha;
    import cn.hutool.core.lang.Console;
    
    public class CircleController {
        public static void main(String[] args) {
            // 定义图形验证码的长、宽、验证码字符数、干扰元素个数
            CircleCaptcha captcha = CaptchaUtil.createCircleCaptcha(200, 100, 4, 20);
            // 也可以直接new:CircleCaptcha captcha = new CircleCaptcha(200, 100, 4, 20);
            // 写出到文件
            captcha.write("d:/circle.png");
            Console.log(captcha.getCode());
            // 进行验证
            captcha.verify("1234");
        }
    }

    运行结果:

    ja va使用Hutool工具库实现图形验证码

    生成的验证码效果如下,可以看到背景布满了随机圆圈:

    ja va使用Hutool工具库实现图形验证码

    ShearCaptcha:实现扭曲干扰验证码

    想要进一步增强机器识别的难度?扭曲干扰验证码(ShearCaptcha)会把字符进行一定程度的扭曲和错切,对人眼来说可能稍微费点劲,但对机器识别程序挑战更大。

    import cn.hutool.captcha.CaptchaUtil;
    import cn.hutool.captcha.ShearCaptcha;
    import cn.hutool.core.lang.Console;
    
    public class ShearController {
        public static void main(String[] args) {
            // 定义图形验证码的长、宽、验证码字符数、干扰线宽度
            ShearCaptcha captcha = CaptchaUtil.createShearCaptcha(200, 100, 4, 4);
            // 同样支持直接实例化:ShearCaptcha captcha = new ShearCaptcha(200, 100, 4, 4);
            captcha.write("d:/shear.png");
            Console.log(captcha.getCode());
            captcha.verify("1234");
        }
    }

    运行结果:

    ja va使用Hutool工具库实现图形验证码

    看看生成的效果,字符是不是有了明显的扭曲感?

    ja va使用Hutool工具库实现图形验证码

    将线段干扰验证码集成到登录流程

    了解了基本用法,我们来看一个实战场景:如何把验证码集成到一个Web登录流程中。整个过程可以分为前端和后端协同工作:

    1. 前端发起请求:用户打开登录页,前端首先向后端发起一个请求,获取图形验证码图片。

    2. 后端生成并存储:后端接收到请求后,调用Hutool生成验证码图片和对应的正确文本。将图片流返回给前端的同时,必须把验证码文本和生成时间存入当前用户的Session中。

    3. 用户输入并提交:用户在前端页面看到验证码图片,输入识别出的字符,连同账号密码一起提交。

    4. 后端校验:后端收到提交后,先判断验证码输入是否为空。然后从当前Session中取出之前存储的正确验证码和生成时间。

    5. 双重验证:校验分两步:第一,比对用户输入的验证码(忽略大小写)与Session中存储的是否一致;第二,检查当前时间与验证码生成时间的时间差,是否在允许的有效期内(比如60秒)。

    6. 返回结果:只有两步验证都通过,后端才返回成功;否则返回失败。前端根据结果决定是跳转到成功页面,还是提示验证码错误或过期。

    后端代码实现

    首先,我们在application.yml中配置验证码的参数,这样以后修改尺寸或Session键名会非常方便:

    captcha:
      width: 200
      height: 100
      session:
        key: captcha_session_key
        date: captcha_session_date
    

    配置属性类:CaptchaProperties

    创建一个属性类来映射配置文件中的值:

    import lombok.Data;
    import org.springframework.boot.context.properties.ConfigurationProperties;
    import org.springframework.stereotype.Component;
    
    @Component
    @ConfigurationProperties(prefix = "captcha")
    @Data
    public class CaptchaProperties {
        private Integer width;
        private Integer height;
        private Session session;
    
        @Data
        public static class Session{
            private String key;
            private String date;
        }
    }

    核心控制器:CaptchaController

    这个控制器提供两个核心接口:一个是获取验证码图片,一个是校验用户输入的验证码。

    import cn.hutool.captcha.CaptchaUtil;
    import cn.hutool.captcha.LineCaptcha;
    import cn.hutool.core.lang.Console;
    import com.wmh.captcha.model.CaptchaProperties;
    import jakarta.servlet.http.HttpServletRequest;
    import jakarta.servlet.http.HttpServletResponse;
    import jakarta.servlet.http.HttpSession;
    import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
    import org.springframework.util.StringUtils;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
    
    import ja va.io.IOException;
    import ja va.util.Date;
    
    @RequestMapping("/captcha")
    @RestController
    public class DCaptchaController {
        // 设置验证码有效期为60秒
        private final static long session_valid_timeout = 60 * 1000;
    
        @Autowired
        private CaptchaProperties captchaProperties;
    
        @RequestMapping("/get")
        public void getCaptcha(HttpSession session, HttpServletResponse response){
            // 1. 使用配置的宽高创建线段验证码
            LineCaptcha lineCaptcha = CaptchaUtil.createLineCaptcha(captchaProperties.getWidth(), captchaProperties.getHeight());
            // 2. 设置响应头,告诉浏览器这是张图片
            response.setContentType("image/jpeg");
            response.setHeader("Progma", "No-cache"); // 禁止缓存,保证每次都是新验证码
            Console.log(lineCaptcha.getCode()); // 控制台输出,便于调试
            // 3. 将图片写入HTTP响应流
            try {
                lineCaptcha.write(response.getOutputStream());
                // 4. 将验证码文本和生成时间存入Session
                session.setAttribute(captchaProperties.getSession().getKey(), lineCaptcha.getCode());
                session.setAttribute(captchaProperties.getSession().getDate(), new Date());
                response.getOutputStream().close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    
        @RequestMapping("/check")
        public Boolean check(String inputCode, HttpSession session){
            // 1. 检查输入是否为空
            if (!StringUtils.hasLength(inputCode)){
                return false;
            }
            // 2. 从Session中取出之前存储的正确信息
            String sa vedCode = (String) session.getAttribute(captchaProperties.getSession().getKey());
            Date sa veDate = (Date) session.getAttribute(captchaProperties.getSession().getDate());
            // 3. 进行比对(忽略大小写)并检查是否过期
            if (inputCode.equalsIgnoreCase(sa vedCode)){
                if (sa veDate != null && System.currentTimeMillis() - sa veDate.getTime() < session_valid_timeout){
                    return true; // 验证通过
                }
            }
            // 4. 任何一步不满足则返回失败
            return false;
        }
    }

    前端代码实现

    前端页面主要负责展示验证码图片、提供输入框,并处理与后端的交互。

    index.html (主页面)

    
    
    
        
        验证码
        
    
    
    

    输入验证码

    success.html (成功页面)

    
    
    
        
        
        验证成功页
    
    
    

    验证成功

    最终运行效果

    启动Spring Boot应用,访问首页,你会看到如下验证码输入界面:

    ja va使用Hutool工具库实现图形验证码

    输入正确的验证码并提交后,页面会跳转到成功提示页:

    ja va使用Hutool工具库实现图形验证码

    至此,一个完整的、带有验证码的Web登录校验流程就搭建完成了。整个过程借助Hutool,后端代码非常简洁,而验证码的生成、存储、比对和过期校验等核心安全逻辑都已涵盖其中。

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