Session浅析

为什么会出现Session:

用浏览器打开一个网页,用到的是HTTP协议。它是无状态的,也就是说这一次请求和上一次请求是没有任何关系的,互不认识的,没有关联的。

这种无状态的的好处是快速。但是会带来一个问题就是,我希望几个请求的页面要有关联,比如:我在xxx/login.php里面登陆了,我在xxx/index.php 也希望是登陆状态,但是,这是2个不同的页面,也就是2个不同的HTTP请求,由于HTTP请求是无状态的,也就是无关联的,所以无法单纯的在index.php中读取到它在login.php中已经登陆了!

正是这种诉求,这个时候,一个新的客户端存储数据方式出现了:cookie. cookie是把少量的信息存储在用户自己的电脑上,它在一个域名下是一个全局的,只要设置它的存储路径在域名xxx下 ,那么当用户用浏览器访问时,php就可以从这个域名的任意页面读取cookie中的信息。所以就很好的解决了我在xxx/login.php页面登陆了,我也可以在xxx/index.php获取到这个登陆信息了。

虽然这种方案很不错,也很快速方便,但是由于cookie 是存在用户端,而且它本身存储的尺寸大小也有限,最关键是用户可以是可见的,并可以随意的修改,很不安全。那如何又要安全,又可以方便的全局读取信息呢?于是,这个时候,一种新的存储会话机制:session诞生了。

session就是在一次会话中解决2次HTTP的请求的关联,让它们产生联系,让2两个页面都能读取到找个这个全局的session信息。session信息存在于服务器端,所以也就很好的解决了安全问题

总结:
cookie的作用就是为了解决HTTP协议无状态的缺陷所作出的努力。
session机制则是又一种在客户端与服务器之间保持状态的解决方案。

例子:
用几个例子来描述一下cookie和session机制之间的区别与联系。笔者曾经常去的一家咖啡店有喝5杯咖啡免费赠一杯咖啡的优惠,然而一次性消费5杯咖啡的机会微乎其微,这时就需要某种方式来纪录某位顾客的消费数量。想象一下其实也无外乎下面的几种方案:

  1. 该店的店员很厉害,能记住每位顾客的消费数量,只要顾客一走进咖啡店,店员就知道该怎么对待了。这种做法就是协议本身支持状态。
  2. 发给顾客一张卡片,上面记录着消费的数量,一般还有个有效期限。每次消费时,如果顾客出示这张卡片,则此次消费就会与以前或以后的消费相联系起来。这种做法就是在客户端保持状态。
  3. 发给顾客一张会员卡,除了卡号之外什么信息也不纪录,每次消费时,如果顾客出示该卡片,则店员在店里的纪录本上找到这个卡号对应的纪录添加一些消费信息。这种做法就是在服务器端保持状态。
Cookie机制:

cookie机制的基本原理就如上面的例子一样简单,但是还有几个问题需要解决:“会员卡”如何分发;“会员卡”的内容;以及客户如何使用“会员卡”。

正统的cookie分发是通过扩展HTTP协议来实现的,服务器通过在HTTP的响应头中加上一行特殊的指示以提示浏览器按照指示生成相应的cookie。然而纯粹的客户端脚本如JavaScript或者VBScript也可以生成cookie。

而cookie的使用是由浏览器按照一定的原则在后台自动发送给服务器的。浏览器检查所有存储的cookie,如果某个cookie所声明的作用范围大于等于将要请求的资源所在的位置,则把该cookie附在请求资源的HTTP请求头上发送给服务器。意思是麦当劳的会员卡只能在麦当劳的店里出示,如果某家分店还发行了自己的会员卡,那么进这家店的时候除了要出示麦当劳的会员卡,还要出示这家店的会员卡。

cookie的内容主要包括:名字,值,过期时间,路径和域。

其中域可以指定某一个域比如.google.com,相当于总店招牌,比如宝洁公司,也可以指定一个域下的具体某台机器比如www.google.com或者froogle.google.com,可以用飘柔来做比。

路径就是跟在域名后面的URL路径,比如/或者/foo等等,可以用某飘柔专柜做比。路径与域合在一起就构成了cookie的作用范围。如果不设置过期时间,则表示这个cookie的生命期为浏览器会话期间,只要关闭浏览器窗口,cookie就消失了。这种生命期为浏览器会话期的cookie被称为会话cookie。会话cookie一般不存储在硬盘上而是保存在内存里,当然这种行为并不是规范规定的。如果设置了过期时间,浏览器就会把cookie保存到硬盘上,关闭后再次打开浏览器,这些cookie仍然有效直到超过设定的过期时间。

存储在硬盘上的cookie可以在不同的浏览器进程间共享,比如两个IE窗口。而对于保存在内存里的cookie,不同的浏览器有不同的处理方式。对于IE,在一个打开的窗口上按Ctrl-N(或者从文件菜单)打开的窗口可以与原窗口共享,而使用其他方式新开的IE进程则不能共享已经打开的窗口的内存cookie;对于Mozilla Firefox0.8,所有的进程和标签页都可以共享同样的cookie。一般来说是用javascript的window.open打开的窗口会与原窗口共享内存cookie。浏览器对于会话cookie的这种只认cookie不认人的处理方式经常给采用session机制的web应用程序开发者造成很大的困扰。

Session机制和保存:

session机制是一种服务器端的机制,服务器使用一种类似于散列表的结构(也可能就是使用散列表)来保存信息。

当程序需要为某个客户端的请求创建一个session的时候,服务器首先检查这个客户端的请求里是否已包含了一个session标识 - 称为session id,如果已包含一个session id则说明以前已经为此客户端创建过session,服务器就按照session id把这个session检索出来使用(如果检索不到,可能会新建一个),如果客户端请求不包含session id,则为此客户端创建一个session并且生成一个与此session相关联的session id,session id的值应该是一个既不会重复,又不容易被找到规律以仿造的字符串,这个session id将被在本次响应中返回给客户端保存。

保存这个session id的方式可以采用cookie,这样在交互过程中浏览器可以自动的按照规则把这个标识发挥给服务器。一般这个cookie的名字都是类似于SEEESIONID,而。比如weblogic对于web应用程序生成的cookie,JSESSIONID=ByOK3vjFD75aPnrF7C2HmdnV6QZcEbzWoWiBYEnLerjQ99zWpBng!-145788764,它的名字就是JSESSIONID。

由于cookie可以被人为的禁止,必须有其他机制以便在cookie被禁止时仍然能够把session id传递回服务器。经常被使用的一种技术叫做URL重写,就是把session id直接附加在URL路径的后面,附加方式也有两种,一种是作为URL路径的附加信息,表现形式为http://...../xxx;jsessionid=ByOK3vjFD75aPnrF7C2HmdnV6QZcEbzWoWiBYEnLerjQ99zWpBng!-145788764
另一种是作为查询字符串附加在URL后面,表现形式为http://...../xxx?jsessionid=ByOK3vjFD75aPnrF7C2HmdnV6QZcEbzWoWiBYEnLerjQ99zWpBng!-145788764
这两种方式对于用户来说是没有区别的,只是服务器在解析的时候处理的方式不同,采用第一种方式也有利于把session id的信息和正常程序参数区分开来。
为了在整个交互过程中始终保持状态,就必须在每个客户端可能请求的路径后面都包含这个session id。

在谈论session机制的时候,常常听到这样一种误解“只要关闭浏览器,session就消失了”。其实可以想象一下会员卡的例子,除非顾客主动对店家提出销卡,否则店家绝对不会轻易删除顾客的资料。对session来说也是一样的,除非程序通知服务器删除一个session,否则服务器会一直保留,程序一般都是在用户做log off的时候发个指令去删除session。然而浏览器从来不会主动在关闭之前通知服务器它将要关闭,因此服务器根本不会有机会知道浏览器已经关闭,之所以会有这种错觉,是大部分session机制都使用会话cookie来保存session id,而关闭浏览器后这个session id就消失了,再次连接服务器时也就无法找到原来的session。如果服务器设置的cookie被保存到硬盘上,或者使用某种手段改写浏览器发出的HTTP请求头,把原来的session id发送给服务器,则再次打开浏览器仍然能够找到原来的session。

恰恰是由于关闭浏览器不会导致session被删除,迫使服务器为seesion设置了一个失效时间,当距离客户端上一次使用session的时间超过这个失效时间时,服务器就可以认为客户端已经停止了活动,才会把session删除以节省存储空间。

下面用PHP中session的机制讲解,其他语言类似。
第一步是开启session:

session_start();

这是个无任何返回值的函数,既不会报错,也不会成功。它的作用是开启session,并随机生成一个唯一的32位的session_id,类似于这样:

4c83638b3b0dbf65583181c2f89168ec

session的全部机制也是基于这个session_id,它用来区分哪几次请求是一个人发出的。为什么要这样呢?因为HTTP是无状态无关联的,一个页面可能会被成百上千人访问,而且每个人的用户名是不一样的,那么服务器如何区分这次是小王访问的,那次是小名访问的呢?所以就有了找个唯一的session_id 来绑定一个用户。一个用户在一次会话上就是一个session_id,这样成千上万的人访问,服务器也能区分到底是谁在访问了。

每次我们访问一个页面,如果有开启session,也就是有session_start() 时,就会自动生成一个session_id 来标注是这次会话的唯一ID,同时也会自动往cookie里写入一个名字为PHPSESSID的变量,它的值正是session_id,当这次会话没结束,再次访问的时候,服务器会去读取这个PHPSESSID的cookie是否有值有没过期,如果能够读取到,则继续用这个session_id,如果没有,就会新生成一个session_id,同时生成PHPSESSID这个cookie。由于默认生成的这个PHPSESSID cookie是会话,也就是说关闭浏览器就会过期掉,所以,下次重新浏览时,会重新生成一个session_id。

那么它是怎么存的呢?

同样也是用到session_id。session_id是32位的,服务器会用 sess_前缀 + session_id 的形式存在这个临时目录下,每一次生成的session_id都会生成一个这样的文件,用来保存这次会话的session信息。

这个sess文件不会随着客户端的PHPSESSID过期,也一起过期掉,它会一直存在,出息GC扫描到它过期或者使用session_destroy()函数摧毁。

大致总结下

HTTP请求一个页面后,如果用到开启session,会去读cookie中的PHPSESSID是否有,如果没有,则会新生成一个session_id,先存入cookie中的PHPSESSID中,再生成一个sess_前缀文件。当有写入$SESSION的时候,就会往sess文件里序列化写入数据。当读取的session变量的时候,先会读取cookie中的PHPSESSID,获得session_id,然后再去找这个sess_sessionid文件,来获取对应的数据。由于默认的PHPSESSID是临时的会话,在浏览器关闭后,会消失,所以,我们重新访问的时候,会新生成session_id和sess_这个文件。

用redis存储session

之前说的都是用文件files存储,现在想用redis,好处有哪些?

  1. 更快的读取和写入速度。redis是直接操纵内存数据的,肯定是要比文件的形式快很多。
  2. 更好的设置好过期时间。文件存储的sess_sdewfrsf文件其实被删除掉还是要考运气的和概率的,很有可能造成sess_文件没即时删除,造成存储磁盘空间过多,和读取SESSION就变慢了。
  3. 更好的分布式同步。设置redis 的主从同步,可以快速的同步session到各台web服务器,比文件存储更加快速。

总的说来,用redis来存储SESSION速度更快,性能更高。

HttpSession常见问题(仅供参考)

1、session在何时被创建

一个常见的误解是以为session在有客户端访问时就被创建,然而事实是直到某server端程序调用HttpServletRequest.getSession(true)这样的语句时才被创建,注意如果JSP没有显示的使用 <%@page session="false"%> 关闭session,则JSP文件在编译成Servlet时将会自动加上这样一条语句HttpSession session = HttpServletRequest.getSession(true);这也是JSP中隐含的session对象的来历。

由于session会消耗内存资源,因此,如果不打算使用session,应该在所有的JSP中关闭它。

2、session何时被删除

综合前面的讨论,session在下列情况下被删除a.程序调用HttpSession.invalidate();或b.距离上一次收到客户端发送的session id时间间隔超过了session的超时设置;或c.服务器进程被停止(非持久session)

3、如何做到在浏览器关闭时删除session

严格的讲,做不到这一点。可以做一点努力的办法是在所有的客户端页面里使用javascript代码window.oncolose来监视浏览器的关闭动作,然后向服务器发送一个请求来删除session。但是对于浏览器崩溃或者强行杀死进程这些非常规手段仍然无能为力。

4、有个HttpSessionListener是怎么回事

你可以创建这样的listener去监控session的创建和销毁事件,使得在发生这样的事件时你可以做一些相应的工作。注意是session的创建和销毁动作触发listener,而不是相反。类似的与HttpSession有关的listener还有HttpSessionBindingListener,HttpSessionActivationListener和HttpSessionAttributeListener。

5、存放在session中的对象必须是可序列化的吗

不是必需的。要求对象可序列化只是为了session能够在集群中被复制或者能够持久保存或者在必要时server能够暂时把session交换出内存。在Weblogic Server的session中放置一个不可序列化的对象在控制台上会收到一个警告。我所用过的某个iPlanet版本如果session中有不可序列化的对象,在session销毁时会有一个Exception,很奇怪。

6、如何才能正确的应付客户端禁止cookie的可能性

对所有的URL使用URL重写,包括超链接,form的action,和重定向的URL,具体做法参见[6]
http://e-docs.bea.com/wls/docs70/webapp/sessions.html#100770

7、开两个浏览器窗口访问应用程序会使用同一个session还是不同的session

参见第三小节对cookie的讨论,对session来说是只认id不认人,因此不同的浏览器,不同的窗口打开方式以及不同的cookie存储方式都会对这个问题的答案有影响。

8、如何防止用户打开两个浏览器窗口操作导致的session混乱

这个问题与防止表单多次提交是类似的,可以通过设置客户端的令牌来解决。就是在服务器每次生成一个不同的id返回给客户端,同时保存在session里,客户端提交表单时必须把这个id也返回服务器,程序首先比较返回的id与保存在session里的值是否一致,如果不一致则说明本次操作已经被提交过了。可以参看《J2EE核心模式》关于表示层模式的部分。需要注意的是对于使用javascript window.open打开的窗口,一般不设置这个id,或者使用单独的id,以防主窗口无法操作,建议不要再window.open打开的窗口里做修改操作,这样就可以不用设置。

9、为什么在Weblogic Server中改变session的值后要重新调用一次session.setValue

做这个动作主要是为了在集群环境中提示Weblogic Server session中的值发生了改变,需要向其他服务器进程复制新的session值。

10、为什么session不见了

排除session正常失效的因素之外,服务器本身的可能性应该是微乎其微的,虽然笔者在iPlanet6SP1加若干补丁的Solaris版本上倒也遇到过;浏览器插件的可能性次之,笔者也遇到过3721插件造成的问题;理论上防火墙或者代理服务器在cookie处理上也有可能会出现问题。
出现这一问题的大部分原因都是程序的错误,最常见的就是在一个应用程序中去访问另外一个应用程序。我们在下一节讨论这个问题。

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