大量的 Web 应用都有安全相关的需求，正因如此，Servlet 规范建议容器要有满足这些需求的机制和基础设施，所以容器要对以下安全特性予以支持：
身份验证：验证授权用户的用户名和密码
资源访问控制：限制某些资源只允许部分用户访问
数据完整性：能够证明数据在传输过程中未被第三方修改
机密性或数据隐私：传输加密（SSL），确保信息只能被信任用户访问
本文就以上问题，对 Tomcat 容器提供的认证和鉴权的设计与实现，以及内部单点登录的原理进行分析。首发于微信公众号顿悟源码.
1. 授权容器和 Web 应用采用的是基于角色的权限访问控制方式，其中容器需要实现认证和鉴权的功能，而 Web 应用则要实现授权的功能。
在 Servlet 规范中描述了两种授权方式：声明式安全和编程式安全。声明式安全就是在部署描述符中声明角色、资源访问权限和认证方式。以下代码片段摘自 Tomcat 自带的 Manager 应用的 web.xml：
<security-constraint> <!-- 安全约束 --> <web-resource-collection> <!-- 限制访问的资源集合 --> <web-resource-name>HTML Manager commands</web-resource-name> <url-pattern>/html/*</url-pattern> </web-resource-collection> <auth-constraint><!-- 授权可访问此资源集合的角色 --> <role-name>manager-gui</role-name> </auth-constraint> </security-constraint> <login-config><!-- 配置验证方法 --> <auth-method>BASIC</auth-method> <realm-name>Tomcat Manager Application</realm-name> </login-config> <security-role><!-- 定义一个安全角色 --> <description> The role that is required to access the HTML Manager pages </description> <role-name>manager-gui</role-name> </security-role>这些安全相关的配置，都会在应用部署时，初始化和设置到 StandardContext 对象中。更多详细的内容可查看规范对部署描述文件的解释，接下来看 Tomcat 怎么设计和实现认证及鉴权。
2. 认证和鉴权的设计Servlet 规范虽然描述了 Web 应用声明安全约束的机制，但没有定义容器与关联用户和角色信息之间的接口。因此，Tomcat 定义了一个 Realm 接口，用于适配身份验证的各种信息源。整体设计的类图如下：
上图中，包含了各个类的核心方法，关键类或接口的作用如下：
Realm - 译为域，域有泛指某种范围的意思，在这个范围内存储着用户名、密码、角色和权限，并且提供身份和权限验证的功能，典型的这个范围可以是某个配置文件或数据库
CombinedRealm - 内部包含一个或多个 Realm，按配置顺序执行身份验证，任一 Realm 验证成功，则表示成功验证
LockOutRealm - 提供用户锁定机制，防止在一定时间段有过多身份验证失败的尝试
Authenticator - 不同身份验证方法的接口，主要有 BASIC、DIGEST、FORM、SSL 这几种标准实现
Principal - 对认证主体的抽象，它包含用户身份和权限信息
SingleSignOn - 用于支持容器内多应用的单点登录功能
2.1 初始化Realm 是容器的一个可嵌套组件，可以嵌套在 Engine、Host 和 Context 中，并且子容器可以覆盖父容器配置的 Realm。默认的 server.xml 在 Engine 中配置了一个 LockOutRealm 组合域，内部包含一个 UserDatabaseRealm，它从配置的全局资源 conf/tomcat-users.xml 中提取用户信息。
web.xml 中声明的安全约束会初始化成对应的 SecurityConstraint、SecurityCollection 和 LoginConfig 对象，并关联到一个 StandardContext 对象。
在上图可以看到，AuthenticatorBase 还实现了 Valve 接口，StandardContext 对象在配置的过程中，如果发现声明了标准的验证方法，那么就会把它加入到自己的 Pipeline 中。
3. 一次请求认证和鉴权过程Context 在 Tomcat 内部就代表着一个 Web 应用，假设配置使用 BASIC 验证方法，那么 Context 内部的 Pipeline 就有 BasicAuthenticator 和 StandardContextValve 两个阀门，当请求进入 Context 管道时，就首先进行认证和鉴权，方法调用如下：