後端工程師需要了解的跨域知識

勇哥技術遊記發表於2022-01-14
後端工程師跨域

跨域，對後端工程師來說，可謂既熟悉又陌生。

這兩個月我以架構師的角色參與一款教育產品的孵化，有了一段難忘的跨域之旅。

寫這篇文章，我想分享我在跨域這個知識點的經歷和思考，希望對大家有所啟發。

1 遇見跨域

產品有多端：機構端，局方端 ，家長端等 。每端都有獨立的域名，有的是在PC上訪問，有的是通過微信公眾號來訪問，有的是掃碼後H5展現。

接入層呼叫的介面域名統一使用 api.training.com這個獨立的域名，通過Nginx來配置請求轉發。

通常，我們提到的跨域指：CORS。

CORS是一個W3C標準，全稱是"跨域資源共享"（Cross-origin resource sharing）, 它需要瀏覽器和伺服器同時支援他，允許瀏覽器向跨源伺服器傳送XMLHttpRequest請求，從而克服 AJAX 只能同源使用的限制。

那麼如何定義同源呢？我們先看下一個典型的網站的地址：

同源是指：協議、域名、埠號完全相同。

下表給出了與 URL http://www.training.com/dir/page.html 的源進行對比的示例:

當使用者通過瀏覽器訪問應用（http://admin.training.com）時，呼叫介面的域名非同源域名(http://api.training.com)，這是顯而易見的跨域場景。

2 CORS詳解

跨域資源共享標準新增了一組 HTTP 首部欄位，允許伺服器宣告哪些源站通過瀏覽器有許可權訪問哪些資源。

規範要求，對那些可能對伺服器資料產生副作用的 HTTP 請求方法（特別是 GET 以外的 HTTP 請求，或者搭配某些 MIME 型別的 POST 請求），瀏覽器必須首先使用 OPTIONS 方法發起一個預檢請求（preflight request），從而獲知服務端是否允許該跨域請求。

伺服器確認允許之後，才發起實際的 HTTP 請求。在預檢請求的返回中，伺服器端也可以通知客戶端，是否需要攜帶身份憑證（包括 Cookies 和 HTTP 認證相關資料）。

2.1 簡單請求

當請求同時滿足如下條件時，CORS驗證機制會使用簡單請求， 否則CORS驗證機制會使用預檢請求。

  1. 使用GET、POST、HEAD其中一種方法；
  2. 只使用瞭如下的安全首部欄位，不得人為設定其他首部欄位；
    • Accept
    • Accept-Language
    • Content-Language
    • Content-Type 僅限三種之一：text/plain，multipart/form-data，application/x-www-form-urlencoded：
    • HTML頭部 header field欄位：DPR、Download、Save-Data、Viewport-Width、WIdth
  3. 請求中的任意 XMLHttpRequestUpload 物件均沒有註冊任何事件監聽器；XMLHttpRequestUpload 物件可以使用 XMLHttpRequest.upload 屬性訪問；
  4. 請求中沒有使用 ReadableStream 物件。

簡單請求模式，瀏覽器直接傳送跨域請求，並在請求頭中攜帶Origin的頭，表明這是一個跨域的請求。 伺服器端接到請求後，會根據自己的跨域規則，通過Access-Control-Allow-Origin和Access-Control-Allow-Methods響應頭，來返回驗證結果。

應答中攜帶了跨域頭 Access-Control-Allow-Origin。使用 Origin 和 Access-Control-Allow-Origin 就能完成最簡單的訪問控制。本例中，服務端返回的 Access-Control-Allow-Origin: * 表明，該資源可以被任意外域訪問。如果服務端僅允許來自 http://admin.training.com 的訪問，該首部欄位的內容如下：

Access-Control-Allow-Origin: http://admin.training.com

現在，除了 http://admin.training.com，其它外域均不能訪問該資源。

2.2 預檢請求

瀏覽器在發現頁面發出的請求非簡單請求，並不會立即執行對應的請求程式碼，而是會觸發預先請求模式。預先請求模式會先傳送preflight request（預先驗證請求），preflight request是一個OPTION請求，用於詢問要被跨域訪問的伺服器，是否允許當前域名下的頁面傳送跨域的請求。在得到伺服器的跨域授權後才能傳送真正的HTTP請求。

OPTIONS請求頭部中會包含以下頭部：

伺服器收到OPTIONS請求後，設定頭部與瀏覽器溝通來判斷是否允許這個請求。

如果preflight request驗證通過，瀏覽器才會傳送真正的跨域請求。

3 後端配置

後端配置我嘗試過兩種方式，經過兩個月的測試，都能非常穩定的執行。

  • MND推薦的Nginx配置；
  • SpringBoot自帶CorsFilter配置。

▍MND推薦的Nginx配置

Nginx配置相當於在請求轉發層配置。

location / {
     if ($request_method = 'OPTIONS') {
        add_header 'Access-Control-Allow-Origin' '*';
        add_header 'Access-Control-Allow-Methods' 'GET, POST, OPTIONS';
        #
        # Custom headers and headers various browsers *should* be OK with but aren't
        #
        add_header 'Access-Control-Allow-Headers' 'DNT,User-Agent,X-Requested-With,If-Modified-Since,Cache-Control,Content-Type,Range';
        #
        # Tell client that this pre-flight info is valid for 20 days
        #
        add_header 'Access-Control-Max-Age' 1728000;
        add_header 'Content-Type' 'text/plain; charset=utf-8';
        add_header 'Content-Length' 0;
        return 204;
     }
     if ($request_method = 'POST') {
        add_header 'Access-Control-Allow-Origin' '*' always;
        add_header 'Access-Control-Allow-Methods' 'GET, POST, OPTIONS' always;
        add_header 'Access-Control-Allow-Headers' 'DNT,User-Agent,X-Requested-With,If-Modified-Since,Cache-Control,Content-Type,Range' always;
        add_header 'Access-Control-Expose-Headers' 'Content-Length,Content-Range' always;
     }
     if ($request_method = 'GET') {
        add_header 'Access-Control-Allow-Origin' '*' always;
        add_header 'Access-Control-Allow-Methods' 'GET, POST, OPTIONS' always;
        add_header 'Access-Control-Allow-Headers' 'DNT,User-Agent,X-Requested-With,If-Modified-Since,Cache-Control,Content-Type,Range' always;
        add_header 'Access-Control-Expose-Headers' 'Content-Length,Content-Range' always;
     }
}

在配置Access-Control-Allow-Headers屬性的時候，因為自定義的header包含簽名和token，數量較多。為了簡潔方便，我把Access-Control-Allow-Headers配置成 * 。

在Chrome和firefox下沒有任何異常，但在IE11下報瞭如下的錯：

Access-Control-Allow-Headers 列表中不存在請求標頭 content-type。

原來IE11要求預檢請求返回的Access-Control-Allow-Headers的值必須以逗號分隔。

▍SpringBoot自帶CorsFilter

首先基礎框架裡預設有如下跨域配置。

public void addCorsMappings(CorsRegistry registry) {
    registry.addMapping("/**")
      .allowedOrigins("*")
      .allowedMethods("POST", "GET", "PUT", "OPTIONS", "DELETE")
      .allowCredentials(true)
      .allowedHeaders("*")
      .maxAge(3600);
}

可是部署完成，進入還是報CORS異常：

從nginx和tomcat日誌來看，僅僅收到一個OPTION請求，springboot應用裡有一個攔截器ActionInterceptor，從header中獲取token，呼叫使用者服務查詢使用者資訊，放入request中。當沒有獲取token資料時，會返回給前端JSON格式資料。

但從現象來看CorsMapping並沒有生效。

為什麼呢？實際上還是執行順序的概念。下圖展示了 過濾器，攔截器，控制器的執行順序。

DispatchServlet.doDispatch()方法是SpringMVC的核心入口方法。

// Determine handler for the current request.
mappedHandler = getHandler(processedRequest);
if (!mappedHandler.applyPreHandle(processedRequest, response)) {
    return;
}
// Actually invoke the handler.
mv = ha.handle(processedRequest, response, mappedHandler.getHandler());

那麼CorsMapping在哪裡初始化的呢？經過除錯，定位於AbstractHandlerMapping。

protected HandlerExecutionChain getCorsHandlerExecutionChain(HttpServletRequest request,
		HandlerExecutionChain chain, CorsConfiguration config) {
		if (CorsUtils.isPreFlightRequest(request)) {
			HandlerInterceptor[] interceptors = chain.getInterceptors();
			chain = new HandlerExecutionChain(new PreFlightHandler(config), interceptors);
		}
		else {
			chain.addInterceptor(new CorsInterceptor(config));
	  }
		return chain;
	}

程式碼裡有預檢判斷，通過PreFlightHandler.handleRequest()中處理，但是處於正常的業務攔截器之後。

最終選擇CorsFilter 主要基於兩點原因：

  • 過濾器的執行順序優先順序最高；
  • 通過除錯CorsFilter的原始碼，發現原始碼有很多細節的處理。
private CorsConfiguration corsConfig() {
    CorsConfiguration corsConfiguration = new CorsConfiguration();
    corsConfiguration.addAllowedOrigin("*");
    corsConfiguration.addAllowedHeader("*");
    corsConfiguration.addAllowedMethod("*");
    corsConfiguration.setAllowCredentials(true);
    corsConfiguration.setMaxAge(3600L);
    return corsConfiguration;
}
@Bean
public CorsFilter corsFilter() {
    UrlBasedCorsConfigurationSource source = new UrlBasedCorsConfigurationSource();
    source.registerCorsConfiguration("/**", corsConfig());
    return new CorsFilter(source);
}

下面的程式碼裡，allowHeader是萬用字元 * 的時候，CorsFilter在設定 Access-Control-Allow-Headers 的時候，會將 Access-Control-Request-Headers 以逗號拼接起來，這樣就可以避免IE11響應頭的問題。

public List<String> checkHeaders(@Nullable List<String> requestHeaders) {
   if (requestHeaders == null) {
      return null;
   }
   if (requestHeaders.isEmpty()) {
      return Collections.emptyList();
   }
   if (ObjectUtils.isEmpty(this.allowedHeaders)) {
      return null;
   }

   boolean allowAnyHeader = this.allowedHeaders.contains(ALL);
   List<String> result = new ArrayList<>(requestHeaders.size());
   for (String requestHeader : requestHeaders) {
      if (StringUtils.hasText(requestHeader)) {
         requestHeader = requestHeader.trim();
         if (allowAnyHeader) {
            result.add(requestHeader);
         }
         else {
            for (String allowedHeader : this.allowedHeaders) {
               if (requestHeader.equalsIgnoreCase(allowedHeader)) {
                  result.add(requestHeader);
                  break;
               }
            }
         }
      }
   }
   return (result.isEmpty() ? null : result);
}

瀏覽器的執行效果如下:

4 preflight響應碼：200 vs 204

後端配置完成之後，團隊裡的小夥伴問我：“勇哥，那預檢請求返回的響應碼到底是200還是204呀？”。這個問題真把我給問住了。

我司的API閘道器的預檢響應碼是200，CorsFilter預檢響應碼也是200。

MDN給的示例預檢響應碼全部是204。

https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/CORS

我只能採取Google大法，赫然發現大名鼎鼎的API閘道器Kong的開發者也針對這個問題有一番討論。

  1. MDN曾經推薦的preflight響應碼是200 ，所以Kong也和MDN同步成200；

    The page was updated since then. See its contents on Sept 30th, 2018:

    https://web.archive.org/web/20180930031917/https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Glossary/Preflight_request

  2. 後來MDN將響應碼修改204，於是Kong的開發者爭論要不要和MDN保持同步。

    爭論的核心點在於：有沒有迫切的必要。200響應碼執行得很好，似乎也將永遠正常執行下去。而更換成204，不確定是否有隱藏問題。

  3. 說到底，框架開發者還是依賴於瀏覽器的底層實現。在這個問題上，沒有足夠權威的資料能夠支撐框架開發者，而各個知識點都散落在網路的各個角落，充斥著不完整的細節和部分解決方案，這些都讓框架開發者非常困惑。

最後，Kong的原始碼裡預檢響應碼仍然是200，並沒有和MDN保持同步。

我仔細檢視了各大主流網站，95%預檢響應碼是200。而經過兩個多月的測試，Nginx配置預檢響應碼204，在主流的瀏覽器Chrome , Firefox , IE11 也沒有出現任何問題。

所以，200 works everywhere , 而204在當前主流的瀏覽器裡也得到非常好的支援。

5 Chrome: 非安全私有網路

本以為跨域問題就這樣解決了。沒想到還是有一個小插曲。

產品總監需要給客戶做演示，我負責搞定演示環境。申請域名，準備阿里雲伺服器，應用打包，部署，一切都很順利。

可是在公司內網訪問演示環境，有一個頁面一直報CORS報錯，報錯內容類似下圖：

跨域的錯誤型別是：InsecurePrivateNetwork。

這和原來遇到的跨域錯誤完全不一樣，我心裡一慌。馬上Google , 原來這是chrome更新到94之後新的特性，可以手工關閉這個特性。

  1. 開啟 tab 頁面 chrome://flags/#block-insecure-private-network-requests
  2. 將其 Block insecure private network requests 設定為 Disabled, 然後重啟就行了， 這樣子就相當於把這個功能禁用掉。

但這樣是治標不治本呀。有點詭異的是，當我們不在公司內網訪問演示環境的時候，演示環境完全正常，出錯的頁面也能正常訪問。

仔細看官方的文件，CORS-RFC1918 指出如下三種請求會受影響。

  • 公共網路訪問私有網路；
  • 公共網路訪問本地裝置；
  • 私有網路訪問本地裝置。

這樣，我把問題定位在這個出錯的第三方介面地址上。公司很多產品都依賴這個介面服務。當在公司內網訪問的時候，該域名對映地址類似：172.16.xx.xx。

而這個ip正好是rfc1918上規定的私有網路。

10.0.0.0     -  10.255.255.255  (10/8 prefix)
172.16.0.0   -  172.31.255.255  (172.16/12 prefix)
192.168.0.0  -  192.168.255.255 (192.168/16 prefix)

內網通過Chrome訪問這個頁面的時候，會觸發非安全私有網路攔截。

如何解決呢？官方給出的方案分兩步走：

  1. 私有網路只能通過Https來訪問；
  2. 未來，新增特定的預檢頭，比如說：Access-Control-Request-Private-Network等。

當然還有一些臨時方法：

  • 關閉Chrome該特性;
  • 換用其他瀏覽器比如Firefox;
  • 關閉網路內網開手機熱點;
  • 修改本地host繫結外網ip。

基於官方的方案 ，生產環境完全使用Https，公司內網訪問就沒有出現這樣的跨域問題了。

6 覆盤

美團Shepherd API閘道器的整體架構

API閘道器非常適合當前產品的架構。架構設計之初，系統多端都會呼叫我司的API閘道器。API閘道器可以SAAS部署和私有化部署，有單獨的域名，提供完善的簽名演算法。考慮到上線時間節點，團隊成員對於API閘道器的熟悉程度以及多套環境部署投入時間成本，為了儘快交付，從架構層面，我做了一些平衡和妥協。

接入層呼叫的介面域名統一使用 api.training.com這個獨立的域名，通過Nginx來配置請求轉發。同時，我和前端Leader統一了前後端協議，保持和我司API閘道器一致，為後續切回API閘道器做前置準備。

API閘道器可以做鑑權，限流，灰度等，同時可以配置CORS。內部服務端不用特別關注跨域這個問題。

騰訊API閘道器的配置介面

同時，在解決跨域的問題過程中，我的心態也發生了變化。從最初的輕視，到逐漸沉下心來，一步步理解CORS的原理，分清楚不同解決方案的優缺點，事情也就慢慢順遂起來。 我也觀察到：”有的專案組已經反饋過Chrome非安全私有網路問題，並給出瞭解決方案。對於技術管理者來講，一定要重視專案中反饋的問題，做好梳理分析，整理預案。這樣當同類問題出現時，也會條理有序“。

7 寫到最後

2017年，我參加左耳朵耗子陳皓老師技術演講，他給我們講了一個故事。

故事的大概是：“公司軟體出現莫名BUG，使用者的費用扣了，但呼叫第三方介面的時候經常出現網路問題。公司當時最厲害的人查了一週也沒有解決，而陳皓老師正在看《TCP/IP 詳解》這本書， netstat 一看，連線的狀態是 CLOSE_WAIT ，意思是對方斷開了連線，大概率估計是對方系統的問題。於是他去了對方那邊幫他們看了一下程式碼，果然是判斷條件出了問題，導致應用直接斷開了連結。而這個問題只花了不到兩個小時就解決了”。

當我想起陳皓老師的這個故事，回顧自己的跨域之旅，我深深的覺得細節是魔鬼，而解決問題也許就在某個不經意的細節裡。

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