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技术 2022年11月15日
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>>Session和Cookie请求的过程

Http连接本身是无状态的,即前一次发起的连接跟后一次没有任何关系,是属于两次独立的连接请求,
但是互联网访问基本上都是需要有状态的,即服务器需要知道两次连接请求是不是同一个人访问的。
JSESSIONID是一个唯一标识号,用来标识服务器端的Session,也用来标识客户端的Cookie,客户端和服务器端通过这个JSESSIONID来一一对应。
客户端第一次请求到服务器连接,这个连接是没有附带任何东西的,没有Cookie,没有JSESSIONID。

服务器端接收到请求后,会检查这次请求有没有传过来JSESSIONID或者Cookie,如果没有JSESSIONID和Cookie,则服务器端会创建一个Session,

并生成一个与该Session相关联的JSESSIONID返回给客户端,客户端会保存这个JSESSIONID,并生成一个与该JSESSIONID关联的Cookie。
第二次请求的时候,会把该Cookie(包含JSESSIONID)一起发送给服务器端,

这次服务器发现这个请求有了Cookie,便从中取出JSESSIONID,然后根据这个JSESSIONID找到对应的Session,这样便把Http的无状态连接变成了有状态的连接。
但是有时候浏览器(即客户端)会禁用Cookie,我们知道Cookie是通过Http的请求头部的一个cookie字段传过去的,

如果禁用,那么便得不到这个值,JSESSIONID便不能通过Cookie传入服务器端。
这时可以通过url重写和隐藏表单,url重写就是把JSESSIONID附带在url后面传过去。隐藏表单是在表单提交的时候传入一个隐藏字段JSESSIONID。

>>session的管理机制(转自 tomcat架构分析 (Session管理)

Session管理主要涉及到这几个方面:

创建session
注销session
持久化及启动加载session

Tomcat通过每个context容器内的一个Manager对象来管理session。
这个manager对象可以根据tomcat提供的接口或基类来自己定制,也可以使用Tomcat的标准实现。
Tomcat中的session管理主要在org.apache.catalina.session包中实现。

1.创建session

在具体说明session的创建过程之前,先看一下BS访问模型吧,这样理解直观一点。
Tomcat的Session管理机制
browser发送Http request;
tomcat内核Http11Processor会从HTTP request中解析出“jsessionid”(具体的解析过程为先从request的URL中解析,这是为了有的浏览器把cookie功能禁止后,将URL重写考虑的,如果解析不出来,再从cookie中解析相应的jsessionid),解析完后封装成一个request对象(当然还有其他的http header);
servlet中获取session,其过程是根据刚才解析得到的jsessionid(如果有的话),从session池(session maps)中获取相应的session对象;这个地方有个逻辑,就是如果jsessionid为空的话(或者没有其对应的session对象,或者有session对象,但此对象已经过期超时),可以选择创建一个session,或者不创建;
如果创建新session,则将session放入session池中,同时将与其相对应的jsessionid写入cookie通过Http response header的方式发送给browser,然后重复第一步。

以上是session的获取及创建过程。在servlet中获取session,通常是调用request的getSession方法。这个方法需要传入一个boolean参数,这个参数就是实现刚才说的,当jsessionid为空或从session池中获取不到相应的session对象时,选择创建一个新的session还是不创建。
看一下核心代码逻辑;

protected Session doGetSession(boolean create) { ……// 先获取所在context的manager对象Manager manager = null;if (context != null)manager = context.getManager();if (manager == null)return (null); // Sessions are not supported //这个requestedSessionId就是从Http request中解析出来的if (requestedSessionId != null) {try {//manager管理的session池中找相应的session对象session = manager.findSession(requestedSessionId);} catch (IOException e) {session = null;}//判断session是否为空及是否过期超时if ((session != null) && !session.isValid())session = null;if (session != null) {//session对象有效,记录此次访问时间session.access();return (session);}} // 如果参数是false,则不创建新session对象了,直接退出了if (!create)return (null);if ((context != null) && (response != null) &&context.getCookies() &&response.getResponse().isCommitted()) {throw new IllegalStateException(sm.getString("coyoteRequest.sessionCreateCommitted"));} // 开始创建新session对象if (connector.getEmptySessionPath()&& isRequestedSessionIdFromCookie()) {session = manager.createSession(getRequestedSessionId());} else {session = manager.createSession(null);} // 将新session的jsessionid写入cookie,传给browserif ((session != null) && (getContext() != null)&& getContext().getCookies()) {Cookie cookie = new Cookie(Globals.SESSION_COOKIE_NAME,session.getIdInternal());configureSessionCookie(cookie);response.addCookieInternal(cookie);}//记录session最新访问时间if (session != null) {session.access();return (session);} else {return (null);}}

尽管不能贴出所有代码,但是上述的核心逻辑还是很清晰的。从中也可以看出,我们经常在servlet中这两种调用方式的不同;

新创建sessionrequest.getSession(); 或者request.getSession(true);不创建sessionrequest.getSession(false);

接下来,看一下StandardManager的createSession方法,了解一下session的创建过程;

public Session createSession(String sessionId) {是个session数量控制逻辑,超过上限则抛异常退出if ((maxActiveSessions >= 0) &&(sessions.size() >= maxActiveSessions)) {rejectedSessions++;throw new IllegalStateException(sm.getString("standardManager.createSession.ise"));}return (super.createSession(sessionId));}

  

这个最大支持session数量maxActiveSessions是可以配置的,先不管这个安全控制逻辑,看其主逻辑,即调用其基类的createSession方法;

public Session createSession(String sessionId) { // 创建一个新的StandardSession对象Session session = createEmptySession(); // Initialize the properties of the new session and return itsession.setNew(true);session.setValid(true);session.setCreationTime(System.currentTimeMillis());session.setMaxInactiveInterval(this.maxInactiveInterval);if (sessionId == null) {//设置jsessionidsessionId = generateSessionId();}session.setId(sessionId);sessionCounter++;return (session);}

  

关键是jsessionid的产生过程,接着看generateSessionId方法;

protected synchronized String generateSessionId() { byte random[] = new byte[16];String jvmRoute = getJvmRoute();String result = null; // Render the result as a String of hexadecimal digitsStringBuffer buffer = new StringBuffer();do {int resultLenBytes = 0;if (result != null) {buffer = new StringBuffer();duplicates++;} while (resultLenBytes < this.sessionIdLength) {getRandomBytes(random);random = getDigest().digest(random);for (int j = 0;j < random.length && resultLenBytes < this.sessionIdLength;j++) {byte b1 = (byte) ((random[j] & 0xf0) >> 4);byte b2 = (byte) (random[j] & 0x0f);if (b1 < 10)buffer.append((char) ('0' + b1));elsebuffer.append((char) ('A' + (b1 - 10)));if (b2 < 10)buffer.append((char) ('0' + b2));elsebuffer.append((char) ('A' + (b2 - 10)));resultLenBytes++;}}if (jvmRoute != null) {buffer.append('.').append(jvmRoute);}result = buffer.toString();//注意这个do…while结构} while (sessions.containsKey(result));return (result);}

  

这里主要说明的不是生成jsessionid的算法了,而是这个do…while结构。把这个逻辑抽象出来,可以看出;

Tomcat的Session管理机制

如图所示,创建jsessionid的方式是由tomcat内置的加密算法算出一个随机的jsessionid,如果此jsessionid已经存在,则重新计算一个新的,直到确保现在计算的jsessionid唯一。

好了,至此一个session就这么创建了,像上面所说的,返回时是将jsessionid以HTTP response的header:“Set-cookie”发给客户端。

2.注销session

主动注销

Session创建完之后,不会一直存在,或是主动注销,或是超时清除。即是出于安全考虑也是为了节省内存空间等。

例如,常见场景:用户登出系统时,会主动触发注销操作。
主动注销时,是调用标准的servlet接口:

session.invalidate();

看一下tomcat提供的标准session实现(StandardSession)

public void invalidate() {if (!isValidInternal())throw new IllegalStateException(sm.getString("standardSession.invalidate.ise"));// 明显的注销方法expire();}

  

Expire方法的逻辑稍后再说,先看看超时注销,因为它们调用的是同一个expire方法。

超时注销

Tomcat定义了一个最大空闲超时时间,也就是说当session没有被操作超过这个最大空闲时间时间时,再次操作这个session,这个session就会触发expire。
这个方法封装在StandardSession中的isValid()方法内,这个方法在获取这个request请求对应的session对象时调用,可以参看上面说的创建session环节。

也就是说,获取session的逻辑是,先从manager控制的session池中获取对应jsessionid的session对象,如果获取到,就再判断是否超时,如果超时,就expire这个session了。 
看一下tomcat提供的标准session实现(StandardSession)

public boolean isValid() {……//这就是判断距离上次访问是否超时的过程if (maxInactiveInterval >= 0) {long timeNow = System.currentTimeMillis();int timeIdle = (int) ((timeNow - thisAccessedTime) / 1000L);if (timeIdle >= maxInactiveInterval) {expire(true);}}return (this.isValid);}

Expire方法
是时候来看看expire方法了。

public void expire(boolean notify) { synchronized (this) {......//设立标志位setValid(false); //计算一些统计值,例如此manager下所有session平均存活时间等long timeNow = System.currentTimeMillis();int timeAlive = (int) ((timeNow - creationTime)/1000);synchronized (manager) {if (timeAlive > manager.getSessionMaxAliveTime()) {manager.setSessionMaxAliveTime(timeAlive);}int numExpired = manager.getExpiredSessions();numExpired++;manager.setExpiredSessions(numExpired);int average = manager.getSessionAverageAliveTime();average = ((average * (numExpired-1)) + timeAlive)/numExpired;manager.setSessionAverageAliveTime(average);} // 将此session从manager对象的session池中删除manager.remove(this);......}}

不需要解释,已经很清晰了。

这个超时时间是可以配置的,缺省在tomcat的全局web.xml下配置,也可在各个app下的web.xml自行定义;

<session-config><session-timeout>30</session-timeout></session-config> 

单位是分钟。

3.Session持久化及启动初始化

这个功能主要是,当tomcat执行安全退出时(通过执行shutdown脚本),会将session持久化到本地文件,通常在tomcat的部署目录下有个session.ser文件。

Tomcat的Session管理机制

当启动tomcat时,会从这个文件读入session,并添加到manager的session池中去。

这样,当tomcat正常重启时, session没有丢失,对于用户而言,体会不到重启,不影响用户体验。

看一下概念图吧,觉得不是重要实现逻辑,代码就不说了。

Tomcat的Session管理机制

由此可以看出,session的管理是容器层做的事情,应用层一般不会参与session的管理,也就是说,如果在应用层获取到相应的session,已经是由tomcat提供的,

因此如果过多的依赖session机制来进行一些操作,例如访问控制,安全登录等就不是十分的安全,因为如果有人能得到正在使用的jsessionid,则就可以侵入系统。

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