关于系统权限的设计-位操作关于系统权限的设计-位操作

本文讨论是权限设计的其中一种方向，有它自己的优缺点，不一定适用于所有系统。
一、Linux文件权限大家都知道，Linux上有三种文件权限：

r：表示读取，对应的数字为 4；
w：表示写入，对应的数字为 2；
x：表示执行，对应的数字为 1；

当然还有一种是特殊的是：

-：表示无权限，对应的数字为0；

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通过这四个数字以及他们的组合，就可以表示任意一种权限：
1+2=3：有执行、写入权限，没有读取权限。
1+4=5：有执行、读取权限，没有写入权限。
2+4=6：有写入、读取权限，没有执行权限。
1+2+4=7：有执行、写入、读取权限。
不知道大家有没有想过，为什么权限的标识要是0/1/2/4这几个数字呢？为什么不是0/1/2/3？为什么不是6/7/8/9？为什么0/1/2/4组合就可以表示所有权限呢？
有些人会解释说，如果用0/1/2/3，那3表示的是3本身呢？还是1+2呢？意义不明确呀。用其他的数字又太大，不方便计算，没有0124简单。其实这些都不是真正的原因，Linux文件权限设计之所以要用0124，是因为他们其实是用二进制表示权限的。
二、用二进制比特位表示权限二进制是什么想必不用我多说，我们都知道二进制表示的数字，只有0和1两种数。那么我们就想，如果我用0表示没有权限，用1表示有权限，这样岂不是很简单？
我继续用Linux文件权限举例。

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用第一个比特位表示是否有执行权限，第二个比特位表示是否有写入权限，第三个比特位表示是否有读取权限。每个比特位的0表示没有权限，1表示有权限。（后文所说的第几位，都是指从右向左数）
那么我们试一试，如何表示只有写入权限，没有读取和执行权限呢？按照上面的规则，应该是0010，将这个二进制数字转成十进制数字，刚好是2。以此类推，就有了0/1/2/4这四个数字，分别表示，无权限（0000）、执行（0001）、写入（0010）、读取（0100）了。
再验证一下，如何表示有执行、读取权限，没有写入权限呢？应该是0101，将这个二进制数字转成十进制数字，刚好是5，符合我们上面说的。
所以，我们可以通过一个二进制数字，表示大量的权限及其自由组合，而且非常的节省存储空间，1个字节，我们就可以存储8种权限。在Java语言中的int类型有4个字节，一个int值，就可以存储32种权限。那么知道了这个知识点，我们如何将它设计进我们的权限系统呢？
三、权限的增删查一个权限系统，必然会有三大基础操作：添加一个权限，删除一个权限，以及校验一个权限。
那我们如何对一个二进制数字表示的权限，进行增删查呢？这里就要利用位操作了：

| 可以用来添加权限
^ 可以用来删除权限（已有权限时）
& 可以用来校验权限

用代码来解释一下

/** * 添加权限 * * @param currentPermission 原权限 * @param permissions需要添加的权限集合 * @return 添加完权限后的十进制数字 */ public static int addPermissions(int currentPermission, int... permissions) { for (int permission : permissions) { currentPermission |= permission; } return currentPermission; }/** * 从已有权限里，删除权限 * * @param currentPermission 原已有权限 * @param permissions需要删除的权限集合 * @return 删除完权限后的十进制数字 */ public static int removePermissions(int currentPermission, int... permissions) { for (int permission : permissions) { if (!hasPermission(currentPermission, permission)) { continue; } currentPermission ^= permission; } return currentPermission; }/** * 校验权限 * * @param currentPermission 原权限 * @param permission要校验的权限 * @return 是否含有权限 */ public static boolean hasPermission(int currentPermission, int permission) { return (currentPermission & permission) == permission; }

为什么上述三个操作可以做到添加、删除、查询权限呢？我们需要来复习一下位运算。

位运算
或（\|）：两个都为0，结果才为0，否则为1	0 \| 0 = 0	0 \| 1 = 1	1 \| 0 = 1	1 \| 1 = 1
异或（^）：两个相同为0，不相同为1	0 ^ 0 = 0	0 ^ 1 = 1	1 ^ 0 = 1	1 ^ 1 = 0
与（&）：两个都为1，结果才为1，否则为0	0 & 0 = 0	0 & 1 = 0	1 & 0 = 0	1 & 1 = 1

根据位运算的特点，我们可以发现：

给执行权限里，添加写入权限，本质应该是将0001的第二个0，变成1，那么只要“或”一个写入权限0010就好了。（或一个数，就代表将这个数表示的权限，添加到原来的数里，无论原来的数字有没有权限都会加进去）：

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在执行、写入权限里，删除写入权限，本质应该是将0011的第二个1，变成0，那么只要“异或”一个写入权限0010就好了。（异或一个数，就代表将这个数表示的权限，从原来的数字里删除）：

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在执行、写入权限里，判断是否有写入权限，其本质应该是判断0011的第二位，是否是1，那么只要“与”一个写入权限0010，再与写入权限0010自身比较一下就好了。（与一个数，如果还等于这个数，就代表原来的数有这个数表示的权限）：

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这里特别说明一下“异或”删除权限的操作，只有原来的数字里已经有权限了，才可以删除。从异或运算的规则中可以发现，异或运算其实是无则增，有则减的操作。那么如果我想，无论原来的数字有没有权限，都删除权限（有或无，都减），该怎么操作呢？
有两个方法
第一个方法就是我上面代码里的第二个方法所示，异或操作前，先判断下有无权限，有权限时再删除，无权限自然也不需要删除。
第二个方法是先“取反”运算，再“与”运算

/** * 删除权限 * * @param currentPermission 原权限 * @param permissions需要删除的权限集合 * @return 删除完权限后的十进制数字 */ public static int removePermissions2(int currentPermission, int... permissions) { for (int permission : permissions) { currentPermission &= ~permission; } return currentPermission; }

还是以在执行、写入权限里，删除写入权限为例，先对要删除的写入权限0010“取反”

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再将执行、写入权限0011“与”一个上面取反的结果

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可以发现，结果是一样的。但这样的好处就是，不用判断原来的数字里，是否含有权限了。
四、优缺点优点：既然是二进制存储，位运算操作，肯定有节省空间，效率极高的优点，当然同时也是逼格满满。
缺点：权限种类有限，如果用int存储，最多只能有32种权限类型，无法应用于复杂的权限场景，例如牵扯到权限，角色，用户。
【关于系统权限的设计-位操作】如何选择，根据自己实际需要判断即可。
五、一个权限工具类demo

/** * 权限工具类demo * * @author dijia478 * @date 2021-11-20 16:52:10 */ public class PermissionUtils {/** * 所有权限都没有 */ public static final int NOT_ALL = 0; /** * 所有权限都有 */ public static final int HAVE_ALL = -1; /** * 执行权限 */ public static final int EXECUTE = 1 << 0; /** * 写入权限 */ public static final int WRITE = 1 << 1; /** * 读取权限 */ public static final int READ = 1 << 2; /** * 修改权限 */ public static final int UPDATE = 1 << 3; /** * 删除权限 */ public static final int DELETE = 1 << 4; /** * 添加权限 * * @param currentPermission 原权限 * @param permissions需要添加的权限集合 * @return 添加完权限后的十进制数字 */ public static int addPermissions(int currentPermission, int... permissions) { for (int permission : permissions) { currentPermission |= permission; } return currentPermission; }/** * 从已有权限里，删除权限 * * @param currentPermission 原已有权限 * @param permissions需要删除的权限集合 * @return 删除完权限后的十进制数字 */ public static int removePermissions(int currentPermission, int... permissions) { for (int permission : permissions) { if (!hasPermission(currentPermission, permission)) { continue; } currentPermission ^= permission; } return currentPermission; }/** * 删除权限 * * @param currentPermission 原权限 * @param permissions需要删除的权限集合 * @return 删除完权限后的十进制数字 */ public static int removePermissions2(int currentPermission, int... permissions) { for (int permission : permissions) { currentPermission &= ~permission; } return currentPermission; }/** * 校验权限 * * @param currentPermission 原权限 * @param permission要校验的权限 * @return 是否含有权限 */ public static boolean hasPermission(int currentPermission, int permission) { return (currentPermission & permission) == permission; }/** * 获取所有权限 * * @return 拥有所有权限的十进制数字，其实就是-1 */ public static int getAllPermission() { return HAVE_ALL; }}