Java Web开发之图形验证码的生成与使用方法

在Java Web开发中，图形验证码是常用的用户验证工具。通过在表单中添加验证码，可以有效防止自动化机器人等非人类恶意行为的攻击。本文将详细介绍Java Web开发中，如何生成和使用图形验证码。

生成图形验证码

生成图形验证码需要使用Java提供的Graphics2D类。其中，需要注意以下几个关键点：

1. 随机生成指定位数的验证码字符串
2. 定义图形验证码图片的宽度和高度
3. 绘制并设置图形的字体和颜色
4. 绘制验证码字符串，并添加干扰线
5. 输出图片格式并输出到客户端

下面是一个生成图形验证码图片的示例代码：

import java.awt.Color;
import java.awt.Font;
import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.IOException;
import java.util.Random;

import javax.imageio.ImageIO;

public class CaptchaGenerator {

    private static final int WIDTH = 100;
    private static final int HEIGHT = 40;
    private static final int LENGTH = 4;

    private static String generateCaptchaString() {
        String source = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789";
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        Random random = new Random();
        for (int i = 0; i < LENGTH; ++i) {
            int index = random.nextInt(source.length());
            sb.append(source.charAt(index));
        }
        return sb.toString();
    }

    public static BufferedImage generateCaptchaImage() throws IOException {
        BufferedImage captchaImage = new BufferedImage(WIDTH, HEIGHT, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
        Graphics2D graphics = captchaImage.createGraphics();

        graphics.setColor(Color.LIGHT_GRAY);
        graphics.fillRect(0, 0, WIDTH, HEIGHT);

        Font font = new Font("Arial", Font.BOLD, 20);
        graphics.setFont(font);

        String captchaString = generateCaptchaString();
        for (int i = 0; i < LENGTH; ++i) {
            int x = 10 + i * 20;
            int y = 25;
            int theta = (int) (Math.random() * 45);
            graphics.rotate(theta * Math.PI / 180, x, y);
            graphics.setColor(getRandomColor());
            graphics.drawString(String.valueOf(captchaString.charAt(i)), x, y);
            graphics.rotate(-theta * Math.PI / 180, x, y);
        }

        Random random = new Random();
        for (int i = 0; i < 4; ++i) {
            int x1 = random.nextInt(WIDTH);
            int y1 = random.nextInt(HEIGHT);
            int x2 = random.nextInt(WIDTH);
            int y2 = random.nextInt(HEIGHT);
            graphics.setColor(getRandomColor());
            graphics.drawLine(x1, y1, x2, y2);
        }

        ImageIO.write(captchaImage, "JPEG", response.getOutputStream());
        graphics.dispose();

        return captchaImage;
    }

    private static Color getRandomColor() {
        Random random = new Random();
        int r = random.nextInt(256);
        int g = random.nextInt(256);
        int b = random.nextInt(256);
        return new Color(r, g, b);
    }
}

在网页中使用图形验证码

在网页中使用图形验证码，需要在表单中添加一个验证码输入框，同时定义一个表示图形验证码的图片。点击验证码图片之后，可以通过AJAX请求向后台获取最新的验证码图片，从而避免使用缓存的旧图片。

以下是一个使用Java Servlet实现图形验证码功能的示例代码：

@WebServlet("/captcha")
public class CaptchaServlet extends HttpServlet {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {
        response.setContentType("image/jpeg");
        response.setHeader("Cache-Control", "no-store");
        response.setHeader("Pragma", "no-cache");
        response.setDateHeader("Expires", 0);
        BufferedImage captchaImage = CaptchaGenerator.generateCaptchaImage(response);
        HttpSession session = request.getSession(true);
        session.setAttribute("captcha", captchaString);
    }

    protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {
        String userCaptcha = request.getParameter("captcha");
        HttpSession session = request.getSession();
        String captcha = (String) session.getAttribute("captcha");
        if (captcha != null && captcha.equalsIgnoreCase(userCaptcha)) {
            // 验证码正确
        } else {
            // 验证码错误
        }
    }
}

在表单中添加验证码输入框和图形验证码图片：

<form action="login" method="post">
  <div>
    <label for="username">用户名：</label>
    <input type="text" id="username" name="username">
  </div>
  <div>
    <label for="password">密码：</label>
    <input type="password" id="password" name="password">
  </div>
  <div>
    <label for="captcha">验证码：</label>
    <input type="text" id="captcha" name="captcha">
    <img id="captchaImage" src="captcha" alt="验证码">
    <a href="#" onclick="javascript:document.getElementById('captchaImage').src='captcha?' + Math.random();">看不清？换一个</a>
  </div>
  <div>
    <input type="submit" value="登录">
  </div>
</form>

在上述表单中，当用户点击验证码图片时，会通过JavaScript生成一个新的URL，从而向服务器请求最新的验证码图片。

以上即为Java Web开发中图形验证码的生成和使用方法的完整攻略，并附带两个示例说明。