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前言
HTTP 是一種無狀態(tài)通信協(xié)議,每個請求之間相互獨立,服務(wù)器不能識別曾經(jīng)來過的請求。而對于 Web 應(yīng)用,它的活動都是依賴某個狀態(tài)的,比如用戶登錄,此時使用 HTTP 就需要它在一次登錄請求后,有為后續(xù)請求提供已登錄信息的能力。本文首發(fā)于公眾號頓悟源碼.
解決辦法就是使用 Cookie,它由服務(wù)器返回給瀏覽器,瀏覽器緩存并在每次請求時將 cookie 數(shù)據(jù)提交到服務(wù)器。Cookies 在請求中以明文傳輸,且大小限制 4KB,顯然把所有狀態(tài)數(shù)據(jù)保存在瀏覽器是不靠譜的,主流做法是:
為了方便管理,服務(wù)器把整個過程稱為會話,并抽象成一個 Session 類,用于識別和存儲有關(guān)該用戶的信息或狀態(tài)。
接下來,將通過會話標(biāo)識符的解析和生成,Session 的創(chuàng)建、銷毀和持久化等問題,分析 Tomcat 的源碼實現(xiàn),版本使用的是 6.0.53。
1. 解析會話標(biāo)識符
Cookie 作為最常用的會話跟蹤機制,所有的 Servlet 容器都支持,Tomcat 也不例外,在 Tomcat 中,表示存儲會話標(biāo)識符的 cookie 的標(biāo)準(zhǔn)名字是 JSESSIONID。
如果如果瀏覽器不支持 Cookie,也可以使用以下辦法,記錄標(biāo)識符:
Tomcat 就實現(xiàn)了從 URL 重寫路徑和 Cookie 中提取 JSESSIONID。在分析源碼之前,首先看下設(shè)置 Cookie 的響應(yīng)和帶 Cookie 的請求它們頭域的關(guān)鍵信息:
// 設(shè)置 Cookie HTTP/1.1 200 OK Server: Apache-Coyote/1.1 Set-Cookie: JSESSIONID=56AE5B92C272EA4F5E0FBFEFE6936C91; Path=/examples Date: Sun, 12 May 2019 01:40:35 GMT // 提交 Cookie GET /examples/servlets/servlet/SessionExample HTTP/1.1 Host: localhost:8080 Cookie: JSESSIONID=56AE5B92C272EA4F5E0FBFEFE6936C91
1.1 從 URL 重寫路徑
一個包含會話 ID 路徑參數(shù)的 URL 如下:
http://localhost:8080/examples/SessionExample;JSESSIONID=1234;n=v/?x=x
簡單來看就是查找匹配分號和最后一個斜線之間的 JSESSIONID,事實也是如此,只不過 Tomcat 操作的是字節(jié),核心代碼在 CoyoteAdapter.parsePathParameters() 方法,這里不在貼出。
1.2 從 Cookie 頭域
觸發(fā) Cookie 解析的方法調(diào)用如下:
CoyoteAdapter.service(Request, Response) └─CoyoteAdapter.postParseRequest(Request, Request, Response, Response) └─CoyoteAdapter.parseSessionCookiesId(Request, Request) └─Cookies.getCookieCount() └─Cookies.processCookies(MimeHeaders) └─Cookies.processCookieHeader(byte[], int, int)
這個 processCookieHeader 操作的是字節(jié),解析看起來不直觀,在 Tomcat 內(nèi)部還有一個被標(biāo)記廢棄的使用字符串解析的方法,有助于理解,代碼如下:
private void processCookieHeader( String cookieString ){ // 多個 cookie 值以逗號分割 StringTokenizer tok = new StringTokenizer(cookieString, ";", false); while (tok.hasMoreTokens()) { String token = tok.nextToken(); // 獲取等號的位置 int i = token.indexOf("="); if (i > -1) { // 獲取name 和 value 并去除空格 String name = token.substring(0, i).trim(); String value = token.substring(i+1, token.length()).trim(); // RFC 2109 and bug 去除兩頭的雙引號 " value=stripQuote( value ); // 從內(nèi)部 cookie 緩存池中獲取一個 ServerCookie 對象 ServerCookie cookie = addCookie(); // 設(shè)置 name 和 value cookie.getName().setString(name); cookie.getValue().setString(value); } else { // we have a bad cookie.... just let it go } } }
解析完畢,接下來就是在 parseSessionCookiesId 方法遍歷并嘗試匹配名稱為 JSESSIONID 的 Cookie,如果存在,則將其值設(shè)為 Request 的 requestedSessionId,與內(nèi)部的一個 Session 對象關(guān)聯(lián)。
2. 生成會話 Cookie
與會話相關(guān)的 Cookie 是 Tomcat 內(nèi)部自己生成的,當(dāng)在 Servlet 中使用 Request.getSession() 獲取會話對象時,就會觸發(fā)執(zhí)行,核心代碼:
protected Session doGetSession(boolean create) { ... // 創(chuàng)建 Session 實例 if (connector.getEmptySessionPath() && isRequestedSessionIdFromCookie()) { // 如果會話 ID 來自 cookie,請重用該 ID,如果來自 URL,請不要 // 重用該會話ID,以防止可能的網(wǎng)絡(luò)釣魚攻擊 session = manager.createSession(getRequestedSessionId()); } else { session = manager.createSession(null); } // 基于該 Session 創(chuàng)建一個新的會話 cookie if ((session != null) && (getContext() != null) && getContext().getCookies()) { String scName = context.getSessionCookieName(); if (scName == null) { // 默認(rèn) JSESSIONID scName = Globals.SESSION_COOKIE_NAME; } // 新建 Cookie Cookie cookie = new Cookie(scName, session.getIdInternal()); // 設(shè)置 path domain secure configureSessionCookie(cookie); // 添加到響應(yīng)頭域 response.addSessionCookieInternal(cookie, context.getUseHttpOnly()); } if (session != null) { session.access(); return (session); } else { return (null); } }
添加到響應(yīng)頭域,就是根據(jù) Cookie 對象,生成如開始描述的格式那樣。
3. Session
Session 是 Tomcat 內(nèi)部的一個接口,是 HttpSession 的外觀類,用于維護(hù) web 應(yīng)用特定用戶的請求之間的狀態(tài)信息。相關(guān)類圖設(shè)計如下:
關(guān)鍵類或接口的作用如下:
本文不分析集群復(fù)制的原理,只分析單機 Session 的管理。
3.1 創(chuàng)建 Session
在 Servlet 中首次使用 Request.getSession() 獲取會話對象時,會創(chuàng)建一個 StandardSession 實例:
public Session createSession(String sessionId) { // 默認(rèn)返回的是 new StandardSession(this) 實例 Session session = createEmptySession(); // 初始化屬性 session.setNew(true); session.setValid(true); session.setCreationTime(System.currentTimeMillis()); // 設(shè)置會話有效時間,單位 秒,默認(rèn) 30 分鐘,為負(fù)值表示永不過期 session.setMaxInactiveInterval(((Context) getContainer()).getSessionTimeout() * 60); if (sessionId == null) { // 生成一個會話 ID sessionId = generateSessionId(); session.setId(sessionId); sessionCounter++; SessionTiming timing = new SessionTiming(session.getCreationTime(), 0); synchronized (sessionCreationTiming) { sessionCreationTiming.add(timing); sessionCreationTiming.poll(); } return (session); }
關(guān)鍵就在于會話唯一標(biāo)識的生成,來看 Tomcat 的生成算法:
核心代碼如下:
protected String generateSessionId() { byte random[] = new byte[16]; String jvmRoute = getJvmRoute(); String result = null; // 將結(jié)果渲染為十六進(jìn)制數(shù)字的字符串 StringBuffer buffer = new StringBuffer(); do { int resultLenBytes = 0; if (result != null) { // 重復(fù),重新生成 buffer = new StringBuffer(); duplicates++; } // sessionIdLength 為 16 while (resultLenBytes < this.sessionIdLength) { getRandomBytes(random);// 隨機獲取 16 個字節(jié) // 獲取這16個字節(jié)的摘要,默認(rèn)使用 MD5 random = getDigest().digest(random); // 遍歷這個字節(jié)數(shù)組,最后生成一個32位的十六進(jìn)制字符串 for (int j = 0; j < random.length && resultLenBytes < this.sessionIdLength; j++) { // 使用指定字節(jié)的高低4位分別生成一個十六進(jìn)制字符 byte b1 = (byte) ((random[j] & 0xf0) >> 4); byte b2 = (byte) (random[j] & 0x0f); // 轉(zhuǎn)為十六進(jìn)制數(shù)字字符 if (b1 < 10) {buffer.append((char) ('0' + b1));} // 轉(zhuǎn)為大寫的十六進(jìn)制字符 else {buffer.append((char) ('A' + (b1 - 10)));} if (b2 < 10) {buffer.append((char) ('0' + b2));} else {buffer.append((char) ('A' + (b2 - 10)));} resultLenBytes++; } } if (jvmRoute != null) {buffer.append('.').append(jvmRoute);} result = buffer.toString(); } while (sessions.containsKey(result)); return (result); }
3.2 Session 過期檢查
一個 Web 應(yīng)用對應(yīng)一個會話管理器,也就是說 StandardContext 內(nèi)部有一個 Manager 實例。每個容器組件都會啟動一個后臺線程,周期的調(diào)用自身以及內(nèi)部組件的 backgroundProcess() 方法,Manager 后臺處理就是檢查 Session 是否過期。
檢查的邏輯是,獲取所有 session 使用它的 isValid 判斷是否過期,代碼如下:
public boolean isValid() { ... // 是否檢查是否活動,默認(rèn) false if (ACTIVITY_CHECK && accessCount.get() > 0) { return true; } // 檢查時間是否過期 if (maxInactiveInterval >= 0) { long timeNow = System.currentTimeMillis(); int timeIdle = (int) ((timeNow - thisAccessedTime) / 1000L); if (timeIdle >= maxInactiveInterval) { // 如果過期,執(zhí)行一些內(nèi)部處理 // 主要是通知對過期事件感興趣的 listeners expire(true); } } // 復(fù)數(shù)永不過期 return (this.isValid); }
3.3 Session 持久化
持久化就是把內(nèi)存中活動的 Session 對象,序列化到文件,或者存儲到一個數(shù)據(jù)庫中。如果會話管理組件符合并啟用了持久化功能,那么就會在它生命周期事件 stop 方法中執(zhí)行存儲;在 start 方法中執(zhí)行加載。
持久化到文件,StandardManager 也提供了持久化到文件的功能,它會把 session 池中活動的會話全部寫入到CATALINA_HOME/work/Catalina/<host>/<webapp>/SESSIONS.ser文件中,代碼在它的 doUnload 方法中。
FileStore 也提供了持久化到文件的功能,與 StandardManager 的區(qū)別是,它會把每個會話寫入到單個文件中,以 <id>.session 命名。
持久化到數(shù)據(jù)庫,分別把 session 相關(guān)數(shù)據(jù)存儲到一個表中,包括序列化后的二進(jìn)制數(shù)據(jù),表字段信息如下:
create table tomcat_sessions ( session_id varchar(100) not null primary key, valid_session char(1) not null, -- 是否有效 max_inactive int not null,-- 最大有效時間 last_access bigint not null, -- 最后訪問時間 app_name varchar(255), -- 應(yīng)用名,格式為 /Engine/Host/Context session_data mediumblob, -- 二進(jìn)制數(shù)據(jù) KEY kapp_name(app_name) );
注意:需要把數(shù)據(jù)庫驅(qū)動程序的 jar 文件,放到 $CATALINA_HOME/lib 目錄中,以便讓 Tomcat 內(nèi)部的類加載器可見。
4. 小結(jié)
本文簡單分析了 Tomcat 對 Session 的管理,當(dāng)然了忽略了很多細(xì)節(jié),有興趣的可以深入源碼,后續(xù)將會對 Tomcat 集群 Session 的實現(xiàn)進(jìn)行分析。
總結(jié)
以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了,希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值,謝謝大家對億速云的支持。
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