Tomcat中实现Session小结

什么是Session

对Tomcat而言，Session是一块在服务器开辟的内存空间，其存储结构为ConcurrentHashMap；

Session的目的

Http协议是一种无状态协议，即每次服务端接收到客户端的请求时，都是一个全新的请求，服务器并不知道客户端的历史请求记录；

Session的主要目的就是为了弥补Http的无状态特性。简单的说，就是服务器可以利用session存储客户端在同一个会话期间的一些操作记录；

实现机制

先看两个问题，如下：

1、服务器如何判断客户端发送过来的请求是属于同一个会话？

答：用Session id区分，Session id相同的即认为是同一个会话，在Tomcat中Session id用JSESSIONID表示；

2、服务器、客户端如何获取Session id？Session id在其之间是如何传输的呢？

答：服务器第一次接收到请求时，开辟了一块Session空间（创建了Session对象），同时生成一个Session id，并通过响应头的Set-Cookie：“JSESSIONID=XXXXXXX”命令，向客户端发送要求设置cookie的响应；

客户端收到响应后，在本机客户端设置了一个JSESSIONID=XXXXXXX的cookie信息，该cookie的过期时间为浏览器会话结束；

接下来客户端每次向同一个网站发送请求时，请求头都会带上该cookie信息（包含Session id）；

然后，服务器通过读取请求头中的Cookie信息，获取名称为JSESSIONID的值，得到此次请求的Session id；

ps：服务器只会在客户端第一次请求响应的时候，在响应头上添加Set-Cookie：“JSESSIONID=XXXXXXX”信息，接下来在同一个会话的第二第三次响应头里，是不会添加Set-Cookie：“JSESSIONID=XXXXXXX”信息的；

而客户端是会在每次请求头的cookie中带上JSESSIONID信息；

举个例子：

以chrome浏览器为例，访问一个基于tomcat服务器的网站的时候，

浏览器第一次访问服务器，服务器会在响应头添加Set-Cookie：“JSESSIONID=XXXXXXX”信息，要求客户端设置cookie，如下图：

同时我们也可以在浏览器中找到其存储的sessionid信息，如下图

接下来，浏览器第二次、第三次...访问服务器，观察其请求头的cookie信息，可以看到JSESSIONID信息存储在cookie里，发送给服务器；且响应头里没有Set-Cookie信息，如下图：

只要浏览器未关闭，在访问同一个站点的时候，其请求头Cookie中的JSESSIONID都是同一个值，被服务器认为是同一个会话。

 再举个简单的例子加深印象，新建个Web工程，并写一个Servlet，在doGet中添加如下代码，主要做如下工作

首先，从session中获取key为count的值，累加，存入session，并打印；

然后，每次从请求中获取打印cookie信息，从响应中获取打印Header的Set-Cookie信息：

/**
   * @see HttpServlet#doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
   */
  protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
    
    if(request.getSession().getAttribute("count") == null){
      request.getSession().setAttribute("count", 0);
      response.getWriter().write(0+"");
    }else{
      int a = Integer.parseInt(request.getSession().getAttribute("count").toString());
      request.getSession().setAttribute("count", ++a);
      response.getWriter().write(a+"");
    }

    Cookie[] cookies = request.getCookies();
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    if(cookies!=null){
      for(Cookie cookie : cookies){
        sb.append(cookie.getName()+":"+cookie.getValue()+",");
      }
      sb.deleteCharAt(sb.length()-1);
    }

    System.out.println("[第"+(++index)+"次访问]from client request, cookies:" + sb);
    System.out.println("[第"+(index)+"次访问]from server response, header-Set-Cookie:" + response.getHeader("Set-Cookie"));;
  }

部署到tomcat后，连续访问该servlet，观察控制台输出，如下，客户端第一次访问服务器的时候，在服务端的响应头里添加了JSESSIONID信息，且接下来客户端的每次访问都会带上该JSESSIONID：

其实这里有一个问题，session劫持

只要用户知道JSESSIONID，该用户就可以获取到JSESSIONID对应的session内容，还是以上面这个例子为例，

我先用IE浏览器访问该站点，比如连续访问了5次，此时，session中的count值为：

查看该会话的Session id，为6A541281A79B24BC290ED3270CF15E32

接下来打开chrome控制台，将IE浏览器获取过来的JSESSIONID信息（“6A541281A79B24BC290ED3270CF15E32”）写入到cookie中，如下

接着删除其中的一个，只留下JSESSIONID为“6A541281A79B24BC290ED3270CF15E32”的cookie；

刷新页面，发现我们从session获取的count值已经变成6了，说明此次chrome浏览器的请求劫持了IE浏览器会话中的session，

Tomcat中的session实现

Tomcat中一个会话对应一个session，其实现类是StandardSession，查看源码，可以找到一个attributes成员属性，即存储session的数据结构，为ConcurrentHashMap，支持高并发的HashMap实现；

/**
   * The collection of user data attributes associated with this Session.
   */
  protected Map<String, Object> attributes = new ConcurrentHashMap<String, Object>();

那么，tomcat中多个会话对应的session是由谁来维护的呢？ManagerBase类，查看其代码，可以发现其有一个sessions成员属性，存储着各个会话的session信息：

/**
   * The set of currently active Sessions for this Manager, keyed by
   * session identifier.
   */
  protected Map<String, Session> sessions = new ConcurrentHashMap<String, Session>();

接下来，看一下几个重要的方法，

服务器查找Session对象的方法

客户端每次的请求，tomcat都会在HashMap中查找对应的key为JSESSIONID的Session对象是否存在，可以查看Request的doGetSession方法源码，如下源码：

protected Session doGetSession(boolean create) {

    // There cannot be a session if no context has been assigned yet
    Context context = getContext();
    if (context == null) {
      return (null);
    }

    // Return the current session if it exists and is valid
    if ((session != null) && !session.isValid()) {
      session = null;
    }
    if (session != null) {
      return (session);
    }

    // Return the requested session if it exists and is valid
    Manager manager = context.getManager();
    if (manager == null) {
      return null;    // Sessions are not supported
    }
    if (requestedSessionId != null) {
      try {
        session = manager.findSession(requestedSessionId);
      } catch (IOException e) {
        session = null;
      }
      if ((session != null) && !session.isValid()) {
        session = null;
      }
      if (session != null) {
        session.access();
        return (session);
      }
    }

    // Create a new session if requested and the response is not committed
    if (!create) {
      return (null);
    }
    if ((context != null) && (response != null) &&
      context.getServletContext().getEffectiveSessionTrackingModes().
          contains(SessionTrackingMode.COOKIE) &&
      response.getResponse().isCommitted()) {
      throw new IllegalStateException
       (sm.getString("coyoteRequest.sessionCreateCommitted"));
    }

    // Re-use session IDs provided by the client in very limited
    // circumstances.
    String sessionId = getRequestedSessionId();
    if (requestedSessionSSL) {
      // If the session ID has been obtained from the SSL handshake then
      // use it.
    } else if (("/".equals(context.getSessionCookiePath())
        && isRequestedSessionIdFromCookie())) {
      /* This is the common(ish) use case: using the same session ID with
       * multiple web applications on the same host. Typically this is
       * used by Portlet implementations. It only works if sessions are
       * tracked via cookies. The cookie must have a path of "/" else it
       * won't be provided to for requests to all web applications.
       *
       * Any session ID provided by the client should be for a session
       * that already exists somewhere on the host. Check if the context
       * is configured for this to be confirmed.
       */
      if (context.getValidateClientProvidedNewSessionId()) {
        boolean found = false;
        for (Container container : getHost().findChildren()) {
          Manager m = ((Context) container).getManager();
          if (m != null) {
            try {
              if (m.findSession(sessionId) != null) {
                found = true;
                break;
              }
            } catch (IOException e) {
              // Ignore. Problems with this manager will be
              // handled elsewhere.
            }
          }
        }
        if (!found) {
          sessionId = null;
        }
        sessionId = getRequestedSessionId();
      }
    } else {
      sessionId = null;
    }
    session = manager.createSession(sessionId);

    // Creating a new session cookie based on that session
    if ((session != null) && (getContext() != null)
        && getContext().getServletContext().
            getEffectiveSessionTrackingModes().contains(
                SessionTrackingMode.COOKIE)) {
      Cookie cookie =
        ApplicationSessionCookieConfig.createSessionCookie(
            context, session.getIdInternal(), isSecure());

      response.addSessionCookieInternal(cookie);
    }

    if (session == null) {
      return null;
    }

    session.access();
    return session;
  }

先看doGetSession方法中的如下代码，这个一般是第一次访问的情况，即创建session对象，session的创建是调用了ManagerBase的createSession方法来实现的; 另外，注意response.addSessionCookieInternal方法，该方法的功能就是上面提到的往响应头写入“Set-Cookie”信息；最后，还要调用session.access方法记录下该session的最后访问时间，因为session是可以设置过期时间的；

session = manager.createSession(sessionId);

    // Creating a new session cookie based on that session
    if ((session != null) && (getContext() != null)
        && getContext().getServletContext().
            getEffectiveSessionTrackingModes().contains(
                SessionTrackingMode.COOKIE)) {
      Cookie cookie =
        ApplicationSessionCookieConfig.createSessionCookie(
            context, session.getIdInternal(), isSecure());

      response.addSessionCookieInternal(cookie);
    }

    if (session == null) {
      return null;
    }

    session.access();
    return session;

再看doGetSession方法中的如下代码，这个一般是第二次以后访问的情况，通过ManagerBase的findSession方法查找session，其实就是利用map的key从ConcurrentHashMap中拿取对应的value，这里的key即requestedSessionId，也即JSESSIONID，同时还要调用session.access方法，记录下该session的最后访问时间；

if (requestedSessionId != null) {
      try {
        session = manager.findSession(requestedSessionId);
      } catch (IOException e) {
        session = null;
      }
      if ((session != null) && !session.isValid()) {
        session = null;
      }
      if (session != null) {
        session.access();
        return (session);
      }
    }

在session对象中查找和设置key-value的方法

这个我们一般调用getAttribute/setAttribute方法：

getAttribute方法很简单，就是根据key从map中获取value；

setAttribute方法稍微复杂点，除了设置key-value外，如果添加了一些事件监听（HttpSessionAttributeListener）的话，还要通知执行，如beforeSessionAttributeReplaced， afterSessionAttributeReplaced， beforeSessionAttributeAdded、 afterSessionAttributeAdded。。。

session存在的问题

• 安全性，session劫持，这个前面已经举过例子了；
• 增加服务器压力，因为session是直接存储在服务器的内存中的；
• 如果存在多台服务器的话，还存在session同步问题，当然如果只有一台tomcat服务器的话，也就没有session同步的事情了，然而现在一般的应用都会用到多台tomcat服务器，通过负载均衡，同一个会话有可能会被分配到不同的tomcat服务器，因此很可能出现session不一致问题；解决session同步问题，实际上主要是保证能够抽离出一块共享空间存放session信息，且这块空间不同的tomcat服务器都可以访问到；一般这块共享的空间可以是数据库，或者某台服务器的内存空间，甚至硬盘空间，或者客户端的cookie也是可以的；