Session 机制

一、Session 会话机制原理

Session（会话）机制是一种在 Web 应用程序中用来跟踪用户状态的技术。它通过在服务器端存储和管理用户信息，为每个用户分配一个唯一的会话标识符（Session ID/Token），并将该标识符传递给客户端浏览器，在后续的请求中使用该标识符来关联用户与其数据。

在《HTTP协议》章节中介绍了Cookie是客户端在本地存储数据的一种机制。而Cookie的一种典型应用场景就是保存用户的身份标识，在这种场景下，对于身份标识的分配、存储就需要使用到了Session机制。

通常Session机制是和Cookie机制配合使用的，它的工作原理大体如下：

（1）客户端发送第一个请求到服务器。服务器接收到请求后，为该客户端创建一个唯一的会话标识符（Session ID），通常是一个长随机字符串。同时，创建一个对应的 Session 对象用来存储和管理会话信息。并将 Session ID 作为 Key，Session 对象作为 Value 存储在服务端的一个“哈希表”中。

（2）服务器使用Cookie机制，以响应头 Set-Cookie 方式，将创建的 Session ID 返回给客户端。

（3）客户端在后续的请求中，将会话标识符 Session ID 作为参数传递给服务器。服务器根据会话标识 Session ID 符找到对应的 Session 对象，从中获取和更新会话数据。

二、Servlet 中的 Session机制

在Servlet中针对Session也提供了一些方法上的支持：

1、HttpServletRequest 类提供的方法

方法	描述
HttpSession getSession()	在服务器中获取会话。如果参数为 true，当不存在会话时新建会话；如果参数为 false，当不存在会话时返回 null。

调用这个方法会做 3 件事：

1. 读取请求中Cookie里面的Session ID。
2. 在服务器端根据Session ID查询Session对象。
3. 根据传递参数处理查询结果：
   （1）getSession中有一个Boolean类型的参数，如果参数为 true，查到就直接返回对应的Session对象；如果没查到，会创建一个Session会话，同时将新生成的Session ID、和Session对象分别作为Key、Value存储到服务器端的“哈希表”中，同时会把Session ID以Set-Cookie的方式返回给客户端。
   
   （2）如果参数为false，查到直接返回对应Session对象；如果没查到返回null。

2、HttpSession 类常用方法

一个 Session 对象里面包含多个键值对，可以认为Session对象也是一个哈希表：

方法	描述
Object getAttribute(String name)	该方法返回在该 session 会话中具有指定名称的对象，如果没有指定名称的对象，则返回 null。
void setAttribute(String name, Object value)	该方法使用指定的名称绑定一个对象到该 session 会话。
removeAttribute(String name)	从会话中移除指定名称的属性。
invalidate()	使当前会话无效，删除会话中的所有属性。
boolean isNew()	判定当前是否是新创建出的会话。

三、模拟实现登录功能

上述的Session机制常常用于登录场景，下面就使用Session机制实现一个简单的登录逻辑：

1、登录的前端代码

使用form表单提交数据，默认以application/x-www-form-urlencoded格式提交给服务器，之后可以通过 getParameter获取到指定的value。

    <form action="login" method="post">
        <input type="text" name="username">
        <input type="password" name="password">
        <input type="submit" value="提交">
    form>

2、使用 Servlet 完成登录的校验

// 这个类用来实现登录时的校验.
@WebServlet("/login")
public class LoginServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
     throws ServletException, IOException {
        // 1. 先从请求中拿到用户名和密码.
        // 为了保证读出来的参数也能支持中文, 设置请求的编码方式是 utf8
        req.setCharacterEncoding("utf8");
        String username = req.getParameter("username");
        String password = req.getParameter("password");
        // 2. 验证用户名密码是否正确
        if (username == null || password == null || username.equals("") || password.equals("")) {
            resp.setContentType("text/html; charset=utf8");
            resp.getWriter().write("当前输入的用户名或密码不能为空!");
            return;
        }
        // 此处假定用户名只能是 lihua 密码都是 123456
        // 正常的登录逻辑, 验证用户名密码都是从数据库读取的.
        if (!username.equals("lihua") || !password.equals("123")) {
            // 用户名或密码错误
            resp.setContentType("text/html; charset=utf8");
            resp.getWriter().write("用户名或密码有误");
            return;
        }
        // 3. 用户名和密码验证成功, 接下来就创建一个会话：
        //    当前用户处于未登录的状态, 此时请求的 cookie 中没有 sessionId
        //    此处的 getSession 是无法从服务器的 哈希表 中找到该 session 对象的.
        //    由于此处把参数设为 true 了, 所以就允许 getSession 在查询不到的时候, 
        //    创建新的 session 对象和 sessionId,
        //    并且会自动的把这个 sessionId 和 session 对象存储的 哈希表 中.
        //    同时返回这个 session 对象, 并且在接下来的响应中会自动把这个 sessionId 返回给客户端浏览器.
        HttpSession session = req.getSession(true);
        // 接下来可以让刚刚创建好的 session 对象存储我们的自定义的数据
        session.setAttribute("username", username);
        // 4. 登录成功之后, 自动跳转到 主页
        resp.sendRedirect("index");
    }
}

3、使用 Servlet 生成简单的主页面

// 这个 Servlet 用来动态的生成主页面.
@WebServlet("/index")
public class IndexServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
     throws ServletException, IOException {
        // 此处参数设置为false，禁止创建会话. 如果没找到, 认为用户是未登录的状态!!
        HttpSession session = req.getSession(false);
        if (session == null) {
            // 未登录状态
            resp.setContentType("text/html; charset=utf8");
            resp.getWriter().write("当前用户未登录!");
            return;
        }
        // 如果找到了才认为是登录状态，接下来验证session对象中的信息
        String username = (String) session.getAttribute("username");
        if (username == null) {
            // 虽然有会话对象, 但是里面没有必要的属性, 也认为是登录状态异常.
            resp.setContentType("text/html; charset=utf8");
            resp.getWriter().write("当前用户未登录!");
            return;
        }

        // 如果上述检查都通过, 接下来就直接生成一个动态页面
        resp.setContentType("text/html; charset=utf8");
        resp.getWriter().write("欢迎你! " + username);
    }
}

下面是抓包的结果

初次登录时创建会话，把 Session ID 以 Set-Cookie 的方式返回给客户端。

访问主页时请求中携带 Session ID：

这里需要 注意 的是：上述的 Session ID 不会一直保存在服务端，因为服务器默认是把会话保存在内存中的，一但服务器重启，原有的会话就会销毁。

但是 Smart Tomcat 为了方便程序员调试，会在服务器停止的时候，将会话持久化保存，并在下次启动的时候将会话恢复到内存中。