session机制详解

 

session机制详解(2008-03-06 10:58:13)转载标签： sessioncookie杂谈 分类： java 

 

目录：

一、术语session

二、HTTP协议与状态保持

三、理解cookie机制

四、理解session机制

五、理解javax.servlet.http.HttpSession

六、HttpSession常见问题

七、跨应用程序的session共享

八、总结

参考文档

 

一、术语session

在我的经验里，session这个词被滥用的程度大概仅次于transaction，更加有趣的是transaction与

 

session在某些语境下的含义是相同的。

 

session，中文经常翻译为会话，其本来的含义是指有始有终的一系列动作/消息，比如打电话时从拿起

 

电话拨号到挂断电话这中间的一系列过程可以称之为一个 session。有时候我们可以看到这样的话“在

 

一个浏览器会话期间，...”，这里的会话一词用的就是其本义，是指从一个浏览器窗口打开到关闭这个

 

期 间 ①。最混乱的是“用户（客户端）在一次会话期间”这样一句话，它可能指用户的一系列动作（

 

一般情况下是同某个具体目的相关的一系列动作，比如从登录到选购商品到结账登出这样一个网上购物

 

的过程，有时候也被称为一个transaction），然而有时候也可能仅仅是指一次连接，也有可能是指含义

 

①，其中 的差别只能靠上下文来推断②。

 

然而当session一词与网络协议相关联时，它又往往隐含了“面向连接”和/或“保持状态”这样两个含

 

义， “面向连接”指的是在通信双方在通信之前要先建立一个通信的渠道，比如打电话，直到对方接了

 

电话通信才能开始，与此相对的是写信，在你把信发出去的时候你并不能确认对方的地址是否正确，通

 

信渠道不一定能建立，但对发信人来说，通信已经开始了。“保持状态”则是指通信的一方能够把一系

 

列的消息关联起来，使得消息之间可以互相依赖，比如一个服务员能够认出再次光临的老顾客并且记得

 

上次这个顾客还欠店里一块钱。这一类的例子有“一个 TCP session”或者 “一个POP3 session”③。

 

而到了web服务器蓬勃发展的时代，session在web开发语境下的语义又有了新的扩展，它的含义是指一

 

类用来在客户端与服务器之间保持状态的解决方案④。有时候session也用来指这种解决方案的存储结构

 

，如 “把xxx保存在session 里”⑤。由于各种用于web开发的语言在一定程度上都提供了对这种解决方

 

案的支持，所以在某种特定语言的语境下， session也被用来指代该语言的解决方案，比如经常把Java

 

里提供的javax.servlet.http.HttpSession简称为 session⑥。

 

鉴于这种混乱已不可改变，本文中session一词的运用也会根据上下文有不同的含义，请大家注意分辨。

在本文中，使用中文“浏览器会话期间”来表达含义①，使用“session机制”来表达含义④，使用

 

“session”表达含义⑤，使用具体的“HttpSession”来表达含义⑥

 

二、HTTP协议与状态保持

HTTP 协议本身是无状态的，这与HTTP协议本来的目的是相符的，客户端只需要简单的向服务器请求下

 

载某些文件，无论是客户端还是服务器都没有必要纪录彼此过去的行为，每一次请求之间都是独立的，

 

好比一个顾客和一个自动售货机或者一个普通的（非会员制）大卖场之间的关系一样。

 

然而聪明（或者贪心？）的人们很快发现如果能够提供一些按需生成的动态信息会使web变得更加有用

 

，就像给有线电视加上点播功能一样。这种需求一方面迫使HTML逐步添加了表单、脚本、DOM等客户端

 

行为，另一方面在服务器端则出现了CGI规范以响应客户端的动态请求，作为传输载体的HTTP协议也添加

 

了文件上载、 cookie这些特性。其中cookie的作用就是为了解决HTTP协议无状态的缺陷所作出的努力

 

。至于后来出现的session机制则是又一种在客户端与服务器之间保持状态的解决方案。

 

让我们用几个例子来描述一下cookie和session机制之间的区别与联系。笔者曾经常去的一家咖啡店有喝

 

5杯咖啡免费赠一杯咖啡的优惠，然而一次性消费5杯咖啡的机会微乎其微，这时就需要某种方式来纪录

 

某位顾客的消费数量。想象一下其实也无外乎下面的几种方案：

1、该店的店员很厉害，能记住每位顾客的消费数量，只要顾客一走进咖啡店，店员就知道该怎么对待了

 

。这种做法就是协议本身支持状态。

2、发给顾客一张卡片，上面记录着消费的数量，一般还有个有效期限。每次消费时，如果顾客出示这张

 

卡片，则此次消费就会与以前或以后的消费相联系起来。这种做法就是在客户端保持状态。

3、发给顾客一张会员卡，除了卡号之外什么信息也不纪录，每次消费时，如果顾客出示该卡片，则店员

 

在店里的纪录本上找到这个卡号对应的纪录添加一些消费信息。这种做法就是在服务器端保持状态。

 

由于HTTP协议是无状态的，而出于种种考虑也不希望使之成为有状态的，因此，后面两种方案就成为现

 

实的选择。具体来说cookie机制采用的是在客户端保持状态的方案，而session机制采用的是在服务器

 

端保持状态的方案。同时我们也看到，由于采用服务器端保持状态的方案在客户端也需要保存一个标识

 

，所以session机制可能需要借助于cookie机制来达到保存标识的目的，但实际上它还有其他选择。

 

三、理解cookie机制

cookie机制的基本原理就如上面的例子一样简单，但是还有几个问题需要解决：“会员卡”如何分发；

 

“会员卡”的内容；以及客户如何使用“会员卡”。

 

正统的cookie分发是通过扩展HTTP协议来实现的，服务器通过在HTTP的响应头中加上一行特殊的指示以

 

提示浏览器按照指示生成相应的cookie。然而纯粹的客户端脚本如JavaScript或者VBScript也可以生成

 

cookie。

 

而cookie 的使用是由浏览器按照一定的原则在后台自动发送给服务器的。浏览器检查所有存储的

 

cookie，如果某个cookie所声明的作用范围大于等于将要请求的资源所在的位置，则把该cookie附在请

 

求资源的HTTP请求头上发送给服务器。意思是麦当劳的会员卡只能在麦当劳的店里出示，如果某家分店

 

还发行了自己的会员卡，那么进这家店的时候除了要出示麦当劳的会员卡，还要出示这家店的会员卡。

 

cookie的内容主要包括：名字，值，过期时间，路径和域。

其中域可以指定某一个域比如.google.com，相当于总店招牌，比如宝洁公司，也可以指定一个域下的具

 

体某台机器比如www.google.com或者froogle.google.com，可以用飘柔来做比。

路径就是跟在域名后面的URL路径，比如/或者/foo等等，可以用某飘柔专柜做比。

路径与域合在一起就构成了cookie的作用范围。

如果不设置过期时间，则表示这个cookie的生命期为浏览器会话期间，只要关闭浏览器窗口，cookie就

 

消失了。这种生命期为浏览器会话期的 cookie被称为会话cookie。会话cookie一般不存储在硬盘上而

 

是保存在内存里，当然这种行为并不是规范规定的。如果设置了过期时间，浏览器就会把cookie保存到

 

硬盘上，关闭后再次打开浏览器，这些cookie仍然有效直到超过设定的过期时间。

 

存储在硬盘上的 cookie 可以在不同的浏览器进程间共享，比如两个IE窗口。而对于保存在内存里的

 

cookie，不同的浏览器有不同的处理方式。对于IE，在一个打开的窗口上按 Ctrl-N（或者从文件菜单

 

）打开的窗口可以与原窗口共享，而使用其他方式新开的IE进程则不能共享已经打开的窗口的内存

 

cookie； 对于 Mozilla Firefox0.8，所有的进程和标签页都可以共享同样的cookie。一般来说是用

 

javascript的 window.open打开的窗口会与原窗口共享内存cookie。浏览器对于会话cookie的这种只认

 

cookie不认人的处理方式经常给采用 session机制的web应用程序开发者造成很大的困扰。

 

下面就是一个goolge设置cookie的响应头的例子

HTTP/1.1 302 Found

Location: http://www.google.com/intl/zh-CN/

Set-Cookie: PREF=ID=0565f77e132de138:NW=1:TM=1098082649:LM=1098082649:S=KaeaCFPo49RiA_d8;

 

expires=Sun, 17-Jan-2038 19:14:07 GMT; path=/; domain=.google.com

Content-Type: text/html

 

 

 

 

这是使用HTTPLook这个HTTP Sniffer软件来俘获的HTTP通讯纪录的一部分

 

 

 

 

浏览器在再次访问goolge的资源时自动向外发送cookie

 

 

 

 

使用Firefox可以很容易的观察现有的cookie的值

使用HTTPLook配合Firefox可以很容易的理解cookie的工作原理。

 

 

 

 

IE也可以设置在接受cookie前询问

 

 

 

 

这是一个询问接受cookie的对话框。

 

四、理解session机制

session机制是一种服务器端的机制，服务器使用一种类似于散列表的结构（也可能就是使用散列表）来

 

保存信息。

 

当程序需要为某个客户端的请求创建一个session的时候，服务器首先检查这个客户端的请求里是否已

 

包含了一个session标识 - 称为 session id，如果已包含一个session id则说明以前已经为此客户端

 

创建过session，服务器就按照session id把这个 session检索出来使用（如果检索不到，可能会新建

 

一个），如果客户端请求不包含session id，则为此客户端创建一个session并且生 成一个与此session

 

相关联的session id，session id的值应该是一个既不会重复，又不容易被找到规律以仿造的字符串，

 

这个 session id将被在本次响应中返回给客户端保存。

 

保存这个session id的方式可以采用cookie，这样在交互过程中浏览器可以自动的按照规则把这个标识

 

发挥给服务器。一般这个cookie的名字都是类似于SEEESIONID，而。比如weblogic对于web应用程序生

 

成的cookie，JSESSIONID= ByOK3vjFD75aPnrF7C2HmdnV6QZcEbzWoWiBYEnLerjQ99zWpBng!-145788764，

 

它的名字就是 JSESSIONID。

 

由于cookie可以被人为的禁止，必须有其他机制以便在cookie被禁止时仍然能够把session id 传递回服

 

务器。经常被使用的一种技术叫做URL重写，就是把session id直接附加在URL路径的后面，附加方式也

 

有两种，一种是作为URL路径的 附加信息，表现形式为http://...../xxx;jsessionid=

 

ByOK3vjFD75aPnrF7C2HmdnV6QZcEbzWoWiBYEnLerjQ99zWpBng!-145788764

另一种是作为查询字符串附加在URL后面，表现形式为http://...../xxx?

 

jsessionid=ByOK3vjFD75aPnrF7C2HmdnV6QZcEbzWoWiBYEnLerjQ99zWpBng!-145788764

这两种方式对于用户来说是没有区别的，只是服务器在解析的时候处理的方式不同，采用第一种方式也

 

有利于把session id的信息和正常程序参数区分开来。

为了在整个交互过程中始终保持状态，就必须在每个客户端可能请求的路径后面都包含这个session id

 

。

 

另一种技术叫做表单隐藏字段。就是服务器会自动修改表单，添加一个隐藏字段，以便在表单提交时能

 

够把session id传递回服务器。比如下面的表单

<form name="testform" action="/xxx">

<input type="text">

</form>

在被传递给客户端之前将被改写成

<form name="testform" action="/xxx">

<input type="hidden" name="jsessionid"

 

value="ByOK3vjFD75aPnrF7C2HmdnV6QZcEbzWoWiBYEnLerjQ99zWpBng!-145788764">

<input type="text">

</form>

这种技术现在已较少应用，笔者接触过的很古老的iPlanet6(SunONE应用服务器的前身)就使用了这种技

 

术。

实际上这种技术可以简单的用对action应用URL重写来代替。

 

在谈论session机制的时候，常常听到这样一种误解“只要关闭浏览器，session就消失了”。其实可以

 

想象一下会员卡的例子，除非顾客主动对店家提出销卡，否则店家绝对不会轻易删除顾客的资料。对

 

session来说也是一样的，除非程序通知服务器删除一个session，否则服务器会一直保留，程序一般都

 

是在用户做log off的时候发个指令去删除session。然而浏览器从来不会主动在关闭之前通知服务器它

 

将要关闭，因此服务器根本不会有机会知道浏览器已经关闭，之所以会有这种错觉，是大部分session

 

机制都使用会话cookie来保存session id，而关闭浏览器后这个 session id就消失了，再次连接服务

 

器时也就无法找到原来的session。如果服务器设置的cookie被保存到硬盘上，或者使用某种手段改写

 

浏览器发出的HTTP请求头，把原来的session id发送给服务器，则再次打开浏览器仍然能够找到原来的

 

session。

 

恰恰是由于关闭浏览器不会导致session被删除，迫使服务器为seesion设置了一个失效时间，当距离客

 

户端上一次使用session的时间超过这个失效时间时，服务器就可以认为客户端已经停止了活动，才会把

 

session删除以节省存储空间。

 

五、理解javax.servlet.http.HttpSession

HttpSession是Java平台对session机制的实现规范，因为它仅仅是个接口，具体到每个web应用服务器的

 

提供商，除了对规范支持之外，仍然会有一些规范里没有规定的细微差异。这里我们以BEA的Weblogic

 

Server8.1作为例子来演示。

 

首 先，Weblogic Server提供了一系列的参数来控制它的HttpSession的实现，包括使用cookie的开关选

 

项，使用URL重写的开关选项，session持久化的设置，session失效时间的设置，以及针对cookie的各

 

种设置，比如设置cookie的名字、路径、域， cookie的生存时间等。

 

一般情况下，session都是存储在内存里，当服务器进程被停止或者重启的时候，内存里的session 也会

 

被清空，如果设置了session的持久化特性，服务器就会把session保存到硬盘上，当服务器进程重新启

 

动或这些信息将能够被再次使用， Weblogic Server支持的持久性方式包括文件、数据库、客户端

 

cookie保存和复制。

 

复制严格说来不算持久化保存，因为session实际上还是保存在内存里，不过同样的信息被复制到各个

 

cluster内的服务器进程中，这样即使某个服务器进程停止工作也仍然可以从其他进程中取得session。

 

cookie生存时间的设置则会影响浏览器生成的cookie是否是一个会话cookie。默认是使用会话cookie。

 

有兴趣的可以用它来试验我们在第四节里提到的那个误解。

 

cookie的路径对于web应用程序来说是一个非常重要的选项，Weblogic Server对这个选项的默认处理方

 

式使得它与其他服务器有明显的区别。后面我们会专题讨论。

 

关于session的设置参考[5] http://e-docs.bea.com/wls/docs70/webapp/weblogic_xml.html#1036869

 

六、HttpSession常见问题

（在本小节中session的含义为⑤和⑥的混合）

 

 

1、session在何时被创建

一个常见的误解是以为session在有客户端访问时就被创建，然而事实是直到某server端程序调用

 

HttpServletRequest.getSession(true)这样的语句时才被创建，注意如果JSP没有显示的使用 <%

 

@page session="false"%> 关闭session，则JSP文件在编译成Servlet时将会自动加上这样一条语句

 

HttpSession session = HttpServletRequest.getSession(true);这也是JSP中隐含的 session对象的

 

来历。

 

由于session会消耗内存资源，因此，如果不打算使用session，应该在所有的JSP中关闭它。

 

2、session何时被删除

综合前面的讨论，session在下列情况下被删除a.程序调用HttpSession.invalidate();或b.距离上一次

 

收到客户端发送的session id时间间隔超过了session的超时设置;或c.服务器进程被停止（非持久

 

session）

 

3、如何做到在浏览器关闭时删除session

严格的讲，做不到这一点。可以做一点努力的办法是在所有的客户端页面里使用javascript代码

 

window.oncolose来监视浏览器的关闭动作，然后向服务器发送一个请求来删除session。但是对于浏览

 

器崩溃或者强行杀死进程这些非常规手段仍然无能为力。

 

4、有个HttpSessionListener是怎么回事

你可以创建这样的listener去监控session的创建和销毁事件，使得在发生这样的事件时你可以做一些

 

相应的工作。注意是session的创建和销毁动作触发listener，而不是相反。类似的与HttpSession有关

 

的listener还有 HttpSessionBindingListener，HttpSessionActivationListener和

 

HttpSessionAttributeListener。

 

5、存放在session中的对象必须是可序列化的吗

不是必需的。要求对象可序列化只是为了session能够在集群中被复制或者能够持久保存或者在必要时

 

server能够暂时把session交换出内存。在 Weblogic Server的session中放置一个不可序列化的对象在

 

控制台上会收到一个警告。我所用过的某个iPlanet版本如果 session中有不可序列化的对象，在

 

session销毁时会有一个Exception，很奇怪。

 

6、如何才能正确的应付客户端禁止cookie的可能性

对所有的URL使用URL重写，包括超链接，form的action，和重定向的URL，具体做法参见[6]

http://e-docs.bea.com/wls/docs70/webapp/sessions.html#100770

 

7、开两个浏览器窗口访问应用程序会使用同一个session还是不同的session

参见第三小节对cookie的讨论，对session来说是只认id不认人，因此不同的浏览器，不同的窗口打开方

 

式以及不同的cookie存储方式都会对这个问题的答案有影响。

 

8、如何防止用户打开两个浏览器窗口操作导致的session混乱

这个问题与防止表单多次提交是类似的，可以通过设置客户端的令牌来解决。就是在服务器每次生成一

 

个不同的id返回给客户端，同时保存在session里，客户端提交表单时必须把这个id也返回服务器，程

 

序首先比较返回的id与保存在session里的值是否一致，如果不一致则说明本次操作已经被提交过了。可

 

以参看《J2EE核心模式》关于表示层模式的部分。需要注意的是对于使用javascript window.open打开

 

的窗口，一般不设置这个id，或者使用单独的id，以防主窗口无法操作，建议不要再window.open打开

 

的窗口里做修改操作，这样就可以不用设置。

 

9、为什么在Weblogic Server中改变session的值后要重新调用一次session.setValue

做这个动作主要是为了在集群环境中提示Weblogic Server session中的值发生了改变，需要向其他服务

 

器进程复制新的session值。

 

10、为什么session不见了

排除session正常失效的因素之外，服务器本身的可能性应该是微乎其微的，虽然笔者在iPlanet6SP1加

 

若干补丁的Solaris版本上倒也遇到过；浏览器插件的可能性次之，笔者也遇到过3721插件造成的问题

 

；理论上防火墙或者代理服务器在cookie处理上也有可能会出现问题。

出现这一问题的大部分原因都是程序的错误，最常见的就是在一个应用程序中去访问另外一个应用程序

 

。我们在下一节讨论这个问题。

 

七、跨应用程序的session共享

 

常常有这样的情况，一个大项目被分割成若干小项目开发，为了能够互不干扰，要求每个小项目作为一

 

个单独的web应用程序开发，可是到了最后突然发现某几个小项目之间需要共享一些信息，或者想使用

 

session来实现SSO(single sign on)，在session中保存login的用户信息，最自 然的要求是应用程序间

 

能够访问彼此的session。

 

然而按照Servlet规范，session的作用范围应该仅仅限于当前应用程序下，不同的应用程序之间是不能

 

够互相访问对方的session的。各个应用服务器从实际效果上都遵守了这一规范，但是实现的细节却可能

 

各有不同，因此解决 跨应用程序session共享的方法也各不相同。

 

首先来看一下Tomcat是如何实现web应用程序之间session的隔离的，从 Tomcat设置的cookie路径来看

 

，它对不同的应用程序设置的cookie路径是不同的，这样不同的应用程序所用的session id是不同 的，

 

因此即使在同一个浏览器窗口里访问不同的应用程序，发送给服务器的session id也可以是不同的。

 

 

 

 

根据这个特性，我们可以推测Tomcat中session的内存结构大致如下。

 

 

 

 

笔者以前用过的iPlanet也采用的是同样的方式，估计SunONE与iPlanet之间不会有太大的差别。对于这

 

种方式的服务器，解决的思路很简单，实际实行起来也不难。要么让所有的应用程序共享一个session

 

id，要么让应用程序能够获得其他应用程序的session id。

 

iPlanet中有一种很简单的方法来实现共享一个session id，那就是把各个应用程序的cookie路径都设为

 

/（实际上应该是/NASApp，对于应用程序来讲它的作用相当于根）。

<session-info>

<path>/NASApp</path>

</session-info>

 

需要注意的是，操作共享的session应该遵循一些编程约定，比如在session attribute名字的前面加上

 

应用程序的前缀，使得 setAttribute("name", "neo")变成setAttribute("app1.name", "neo")，以防

 

止命名空间冲 突，导致互相覆盖。

 

 

在Tomcat中则没有这么方便的选择。在Tomcat版本3上，我们还可以有一些手段来共享 session。对于版

 

本4以上的Tomcat，目前笔者尚未发现简单的办法。只能借助于第三方的力量，比如使用文件、数据库、

 

JMS或者客户端 cookie，URL参数或者隐藏字段等手段。

 

我们再看一下Weblogic Server是如何处理session的。

 

 

 

 

从 截屏画面上可以看到Weblogic Server对所有的应用程序设置的cookie的路径都是/，这是不是意味着

 

在Weblogic Server中默认的就可以共享session了呢？然而一个小实验即可证明即使不同的应用程序使

 

用的是同一个session，各个应用程序仍然只能访问自己所设置的那些属性。这说明Weblogic Server中

 

的session的内存结构可能如下

 

 

 

 

对于这样一种结构，在 session机制本身上来解决session共享的问题应该是不可能的了。除了借助于

 

第三方的力量，比如使用文件、数据库、JMS或者客户端 cookie，URL参数或者隐藏字段等手段，还有

 

一种较为方便的做法，就是把一个应用程序的session放到ServletContext中，这样另外一个应用程序

 

就可以从ServletContext中取得前一个应用程序的引用。示例代码如下，

 

应用程序A

context.setAttribute("appA", session);

 

应用程序B

contextA = context.getContext("/appA");

HttpSession sessionA = (HttpSession)contextA.getAttribute("appA");

 

值得注意的是这种用法不可移植，因为根据ServletContext的JavaDoc，应用服务器可以处于安全的原因

 

对于context.getContext("/appA");返回空值，以上做法在Weblogic Server 8.1中通过。

 

那 么Weblogic Server为什么要把所有的应用程序的cookie路径都设为/呢？原来是为了SSO，凡是共享

 

这个session的应用程序都可以共享认证的信息。一个简单的实验就可以证明这一点，修改首先登录的

 

那个应用程序的描述符weblogic.xml，把cookie路径修改为 /appA 访问另外一个应用程序会重新要求登

 

录，即使是反过来，先访问cookie路径为/的应用程序，再访问修改过路径的这个，虽然不再提示登录，

 

但是登录的用户信息也会丢失。注意做这个实验时认证方式应该使用FORM，因为浏览器和web服务器对

 

basic认证方式有其他的处理方式，第二次请求的认 证不是通过 session来实现的。具体请参看[7]

 

secion 14.8 Authorization，你可以修改所附的示例程序来做这些试验。

 

八、总结

session机制本身并不复杂，然而其实现和配置上的灵活性却使得具体情况复杂多变。这也要求我们不能

 

把仅仅某一次的经验或者某一个浏览器，服务器的经验当作普遍适用的经验，而是始终需要具体情况具

 

体分析。

摘要：虽然session机制在web应用程序中被采用已经很长时间了，但是仍然有很多人不清楚session机

 

制的本质，以至不能正确的应用这一技术。本文将详细讨论session的工作机制并且对在Java web

 

application中应用session机制时常见的问题作出解答。