Spring Session工作原理

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作者：张正林

HTTP协议本身是无状态的，为了保存会话信息，浏览器Cookie通过SessionID标识会话请求，服务器以SessionID为key来存储会话信息。在单实例应用中，可以考虑应用进程自身存储，随着应用体量的增长，需要横向扩容，多实例session共享问题随之而来。

Spring Session就是为了解决多进程session共享的问题，本文将介绍怎么使用Spring Session，以及Spring Session工作原理。

1、引入背景

应用部署在Tomcat时，session是由Tomcat内存维护，如果应用部署多个实例，session就不能共享。Spring Session就是解决为了解决分布式场景中的session共享问题。

2、使用方法

Spring Session支持存储在Hazelcast 、Redis、MongoDB、关系型数据库，本文主要讨论session存储在Redis。

web.xml配置：

  
    springSessionRepositoryFilter
    org.springframework.web.filter.DelegatingFilterProxy
  
  
    springSessionRepositoryFilter
    /*
  

Spring 主要配置：

    
        
        p:poolConfig-ref="jedisPoolConfig"
    
 
    
    
        
        
    

3、工作流程

Tomcat web.xml解析步骤：

contextInitialized(ServletContextEvent arg0); // Listener
init(FilterConfig filterConfig); // Filter
init(ServletConfig config); // Servlet

初始化顺序：Listener > Filter > Servlet。

1) 通过 Tomcat 的 listener 把SessionRepositoryFilter加载到Spring容器中。

上一小节Spring配置文件里面声明了RedisHttpSessionConfiguration，正是在其父类SpringHttpSessionConfiguration中生成了SessionRepositoryFilter：

@Bean
public  SessionRepositoryFilter springSessionRepositoryFilter(
        SessionRepository sessionRepository) {
    ......
    return sessionRepositoryFilter;
}

RedisHttpSessionConfiguration类继承关系

2) filter初始化

web.xml里面配置的filter是DelegatingFilterProxy。

DelegatingFilterProxy类继承关系

DelegatingFilterProxy初始化入口在其父类GenericFilterBean中：

public final void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
        ......
        // Let subclasses do whatever initialization they like.
        initFilterBean();
        ......
    }

DelegatingFilterProxy去Spring容器取第1步初始化好的springSessionRepositoryFilter：

protected void initFilterBean() throws ServletException {
        synchronized (this.delegateMonitor) {
            if (this.delegate == null) {
                // If no target bean name specified, use filter name.
                if (this.targetBeanName == null) {
                    //targetBeanName 为springSessionRepositoryFilter
                    this.targetBeanName = getFilterName();
                }
                WebApplicationContext wac = findWebApplicationContext();
                if (wac != null) {
                    this.delegate = initDelegate(wac);
                }
            }
        }
    }

至此 sessionRepositoryFilter 初始化完成，DelegatingFilterProxy 实际代理了SessionRepositoryFilter。

SessionRepositoryFilter 工作核心流程：

protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request,
           HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)
           throws ServletException, IOException {
       request.setAttribute(SESSION_REPOSITORY_ATTR, this.sessionRepository);
       //包装了HttpServletRequest，覆写了HttpServletRequest中 getSession(boolean create)方法
       SessionRepositoryRequestWrapper wrappedRequest = new SessionRepositoryRequestWrapper(
               request, response, this.servletContext);
             ......
       try {
           filterChain.doFilter(strategyRequest, strategyResponse);
       }
       finally {
           //保证session持久化
           wrappedRequest.commitSession();
       }
   }

4、缓存机制

每一个session，Redis实际缓存的数据如下：

spring:session:sessions:1b8b2340-da25-4ca6-864c-4af28f033327
spring:session:sessions:expires:1b8b2340-da25-4ca6-864c-4af28f033327
spring:session:expirations:1557389100000

spring:session:sessions为hash结构，存储Spring Session的主要内容：

hgetall spring:session:sessions:1b8b2340-da25-4ca6-864c-4af28f033327
 1) "creationTime"
 2) "\xac\xed\x00\x05sr\x00\x0ejava.lang.Long;\x8b\xe4\x90\xcc\x8f#\xdf\x02\x00\x01J\x00\x05valuexr\x00\x10java.lang.Number\x86\xac\x95\x1d\x0b\x94\xe0\x8b\x02\x00\x00xp\x00\x00\x01j\x9b\x83\x9d\xfd"
 3) "maxInactiveInterval"
 4) "\xac\xed\x00\x05sr\x00\x11java.lang.Integer\x12\xe2\xa0\xa4\xf7\x81\x878\x02\x00\x01I\x00\x05valuexr\x00\x10java.lang.Number\x86\xac\x95\x1d\x0b\x94\xe0\x8b\x02\x00\x00xp\x00\x00\a\b"
 5) "lastAccessedTime"
 6) "\xac\xed\x00\x05sr\x00\x0ejava.lang.Long;\x8b\xe4\x90\xcc\x8f#\xdf\x02\x00\x01J\x00\x05valuexr\x00\x10java.lang.Number\x86\xac\x95\x1d\x0b\x94\xe0\x8b\x02\x00\x00xp\x00\x00\x01j\x9b\x83\x9d\xfd"

spring:session:sessions:expires 为 string 结构，存储一个空值。

spring:session:expirations为set结构，存储1557389100000 时间点过期的spring:session:sessions:expires键值：

smembers spring:session:expirations:1557389100000
1) "\xac\xed\x00\x05t\x00,expires:1b8b2340-da25-4ca6-864c-4af28f033327"

RedisSessionExpirationPolicy，三个键值生成流程：

public void onExpirationUpdated(Long originalExpirationTimeInMilli,
            ExpiringSession session) {
        String keyToExpire = "expires:" + session.getId();
        long toExpire = roundUpToNextMinute(expiresInMillis(session));
                ......
        //把spring:session:sessions:expires加入到spring:session:expirations开头的key里面
        String expireKey = getExpirationKey(toExpire);
        BoundSetOperations expireOperations = this.redis
                .boundSetOps(expireKey);
        expireOperations.add(keyToExpire);
 
        long fiveMinutesAfterExpires = sessionExpireInSeconds
                + TimeUnit.MINUTES.toSeconds(5);
        //spring:session:expirations开头的key过期时间为xml配置的时间后五分钟
        expireOperations.expire(fiveMinutesAfterExpires, TimeUnit.SECONDS);
        if (sessionExpireInSeconds == 0) {
            this.redis.delete(sessionKey);
        }
        else {
            //spring:session:sessions:expires开头的key过期时间为xml配置的时间
            this.redis.boundValueOps(sessionKey).append("");
            this.redis.boundValueOps(sessionKey).expire(sessionExpireInSeconds,
                    TimeUnit.SECONDS);
        }
        //spring:session:sessions开头的key过期时间为xml配置的时间后五分钟
        this.redis.boundHashOps(getSessionKey(session.getId()))
                .expire(fiveMinutesAfterExpires, TimeUnit.SECONDS);
    }

Redis过期键有三种删除策略，分别是定时删除，惰性删除，定期删除。

1. 定时删除：通过维护一个定时器，过期马上删除，是最有效的，但是也是最浪费cpu时间的。
2. 惰性删除：程序在取出键时才判断它是否过期，过期才删除，这个方法对cpu时间友好，对内存不友好。
3. 定期删除：每隔一定时间执行一次删除过期键的操作，并限制每次删除操作的执行时长和频率，是一种折中。

Redis采用了惰性删除和定期删除的策略。由此可见依赖 Redis 的过期策略实时删除过期key是不可靠的。

另外一方面，业务可能会在Spring Session过期后做业务逻辑处理，同时需要session里面的信息，如果只有一个 spring:session:sessions键值，那么Redis删除就删除了，业务没法获取session信息。

spring:session:expirations键中存储了spring:session:sessions:expires键，而spring:session:sessions:expires键过期五分钟早于spring:session:expirations键和spring:session:sessions键（实际Spring Session对于过期事件处理订阅的spring:session:sessions:expires键，下一节会具体讲），这样在订阅到过期事件时还能获取spring:session:sessions键值。

如果通过Redis本身清理机制未及时清除spring:session:sessions:expires，可以通过Spring Session提供的定时任务兜底，保证spring:session:sessions:expires清除。

RedisSessionExpirationPolicy，session清理定时任务

public void cleanExpiredSessions() {
        long now = System.currentTimeMillis();
        long prevMin = roundDownMinute(now);
        ......
        //获取到spring:session:expirations键
        String expirationKey = getExpirationKey(prevMin);
        // 取出当前这一分钟应当过期的 session
        Set