深入理解Servlet/JSP之“Cookie和Session原理”

深入理解Servlet/JSP之“Cookie和Session原理”

时间2008-8-5:   作者 李翊 

  作者： 李翊，JAVA高级软件工程师就业班特聘讲师  blog:  （http://blog.sina.com.cn/avaj） 
作者介绍：北京航空航天大学软件工程硕士。原IBM中国研究中心(IBM China Lab)资深系统架构师，是目前国内最著名的企业级应用设计及实现专家之一。曾经负责过的主要项目包括：Petri网实验模型系统、多个省级考试中心信息系统、河南省省级电信计费系统、国务院办公厅信息系统、企业基础信息交换平台、国产信息交换平台集成测试系统、多个基于WBI企业EAI解决方案、ePod企业级电子商务解决方案、电子政务目录交换系统等 .

由于HTTP协议的无状态特征，Web应用中经常使用Cookie和Session来保存用户在与系统交互过程中的状态数据。下面通过分析HTTP协议对Cookie和Session的工作原理加以了解。
一、Cookie
Cookie的含义是“服务器送给浏览器的甜点”，即服务器在响应请求时可以将一些数据以“键-值”对的形式通过响应信息保存在客户端。当浏览器再次访问相同的应用时，会将原先的Cookie通过请求信息带到服务器端。
下面的Servlet展示了Cookie的功能。
  ... ... ...
  public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
                 throws ServletException, IOException {
      response.setContentType("text/html");
      PrintWriter out = response.getWriter();
      String option = request.getParameter("option");
      if ("show".equals(option)) {
          //获得请求信息中的Cookie数据
          Cookie[] cookies = request.getCookies();
          if (cookies != null) {
              //找出名称（键）为“cool”的Cookie
              for (int i = 0; i < cookies.length; i++) {
                  if ("cool".equals(cookies[i].getName())) {
                      out.println("<h2>" + cookies[i].getName() + ":"
                          + cookies[i].getValue() + "</h2>");
                   }
              }
         }
      } else if ("add".equals(option)) {
          //创建Cookie对象
          Cookie cookie = new Cookie("cool", "yeah!");
          //设置生命周期以秒为单位
          cookie.setMaxAge(20);
          //添加Cookie
          response.addCookie(cookie);
     }
   ... ... ...
该Servlet对应的url-pattern为/testCookie
当浏览器请求地址“.../tst/testCookie?option=add”时，该Servlet创建一个Cookie对象，存储的键-值对为“cool”-“yeah”。通过response的addCookie方法将该Cookie信息添加到相应信息中。需要注意的是cookie的setMaxAge方法用于设置该cookie生命周期，单位是秒，如果过了这个期间，Cookie将失效。setMaxAge方法的参数如果为负值则表示该Cookie将在浏览器关闭时过期，如果参数为0则表示立刻删除该Cookie。访问该地址，对应的请求和响应的HTTP信息为：
请求：
GET /tst/testCookie?option=add HTTP/1.1
Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, application/x-shockwave-flash, application/x-silverlight, **
Accept-Language: zh-cn
UA-CPU: x86
Accept-Encoding: gzip, deflate
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 7.0; Windows NT 5.1)
Host: 192.168.5.100:8080
Connection: Keep-Alive
Cookie: cool=yeah!
响应：
HTTP/1.1 200 OK
Server: Apache-Coyote/1.1
Content-Type: text/html;charset=ISO-8859-1
Content-Length: 21
Date: Sun, 29 Jun 2008 06:15:26 GMT
<h2>cool:yeah!</h2>
注意，请求协议头中用于携带cookie信息的格式。

Cookie可以用于保持用户的会话状态，但Cookie信息保存在客户端，存在较大的安全隐患，且一般浏览器对Cookie的数目及数据大小有严格的限制。在Web应用中，一般情况下通过HttpSession对象保持会话状态。

二、Session
Session对象的原理在于，服务器可以为客户端创建并维护一个所谓的Session对象，用于存放数据。在创建Session对象的同时，服务器将会为该Session对象产生一个唯一编号，这个编号称之为SessionID，服务器以Cookie的方式将SessionID存放在客户端。当浏览器再次访问该服务器时，会将SessionID作为Cookie信息带到服务器，服务器可以通过该SessionID检索到以前的Session对象，并对其进行访问。需要注意的是，此时的Cookie中仅仅保存了一个SessionID，而相对较多的会话数据保存在服务器端对应的Session对象中，由服务器来统一维护，这样一定程度保证了会话数据安全性，但增加了服务器端的内存开销。
存放在客户端的用于保存SessionID的Cookie会在浏览器关闭时清除。我们把用户打开一个浏览器访问某个应用开始，到关闭浏览器为止交互过程称为一个“会话”。在一个“会话”过程中，可能会向同一个应用发出了多次请求，这些请求将共享一个Session对象，因为这些请求携带了相同的SessionID信息。
1. Session工作原理
下面的Servlet用来演示Session的工作原理：
... ... ...
public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
   throws ServletException, IOException {
    response.setContentType("text/html");
    PrintWriter out = response.getWriter();
    String option = request.getParameter("option");
    if ("create".equals(option)) {
        //获得HttpSession对象
        HttpSession session = request.getSession();
        //设置Session对象的最长不活动间隔
        session.setMaxInactiveInterval(30);
        //获取Session中的数据
        List list = (List) session.getAttribute("list");
        if (list == null) {
            list = new ArrayList();
            list.add("hey");
            //向Session中添加数据
            session.setAttribute("list", list);
        } else {
        list.add("hey");
    }
     out.println(list);
   }elseif ("invalidate".equals(option)) {
       HttpSession session = request.getSession(false);
       if (session != null) {
       //使Session对象失效
       session.invalidate();
   }
}
  ... ... ...
该Servlet的url-pattern为/testSession。
当浏览器请求地址“.../tst/testSession?option=create”时，Servlet调用request的getSession方法获得Session对象，如果此时服务器端存在与请求信息中SessionID（作为Cookie信息携带）对应的Session对象，则返回这个Session对象，否则将会创建一个新的Session对象并将其产生的SessionID以Cookie的形式通过响应信息送回。注意，Session对象的setMaxInactiveInterval方法用于设置最长不活动间隔，单位是秒，如果出现在这个的时间段内Session对象没有被存取，则该Session对象将会失效。通常为了保证服务器的性能和出于安全性考虑，这个值要妥善的设置（Tomcat针对Session的MaxInactiveInterval会有默认的设置）。若setMaxInactiveInterval设置为负值，则表示该Session永不过期。另外，Session对象分别通过setAttribute和getAttribute方法存取数据，数据以“名称-对象”对的形式存放。该请求对应的请求和响应的HTTP信息为：
请求：
GET /tst/testSession?option=create HTTP/1.1
Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, application/x-shockwave-flash, application/x-silverlight, **
Accept-Language: zh-cn
UA-CPU: x86
Accept-Encoding: gzip, deflate
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 7.0; Windows NT 5.1)
Host: 192.168.5.100:8080
Connection: Keep-Alive
Cookie: JSESSIONID=C69B3053C575ECC8C7FCAF7D189A4FD1

响应
HTTP/1.1 200 OK
Server: Apache-Coyote/1.1
Content-Type: text/html;charset=ISO-8859-1
Content-Length: 12
Date: Sun, 29 Jun 2008 07:20:41 GMT

[hey, hey]
注意：请求信息中携带的SessionID值与上一次相应的SessionID之一致。另外响应输出的HTML文本中有两个“hey”，这是因为这次请求Servlet往存放在Session中的list对象中又放置了一个String对象。

当浏览器请求“.../tst/testSession?option=invalidate”时，Servlet会调用Session对象的invalidate方法用于使该Session对象失效。需要注意的是，此时获取Session对象的方法为重载的getSession(boolean b)其中boolean类型的参数表示当前请求没有和服务器端的某个Session对象关联时是创建新的Session(参数为true时)还是返回null(参数为false时)。

2、关于URL重写
从上面的介绍可以看出，Session对象的正常使用要依赖于Cookie。如果考虑到客户端浏览器可能出于安全的考虑禁用了Cookie，应该使用URL重写的方式使Session在客户端禁用Cookie的情况下继续生效。
下面有两个JSP页面：1.jsp中向Session对象中存入了名为“hi”的一个String类型对象。通过超级链接可以链接到2.jsp，在2.jsp中将获取Session中名为“hi”的对象，并显示在页面上。需要注意的是：在1.jsp中超级链接的地址并不是直接写了“2.jsp”而是通过resopnse的encodeURL方法对这个地址进行了处理。
1.jsp
<%
session.setAttribute("hi","Do you work or are you a student?");
%>
<a href="<%=response.encodeURL("2.jsp")%>">2.jsp</a>

2.jsp
<%=session.getAttribute("hi")%>

首先将浏览器的Cookie禁用（注意要重启IE），然后请求1.jsp，响应后点击链接到2.jsp，这个交互过程涉及到两次请求和相应，HTTP信息如下：

请求1.jsp
GET /tst/session/1.jsp HTTP/1.1
Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, application/x-shockwave-flash, application/x-silverlight, **
Referer: http://192.168.5.100:8080/tst/session/1.jsp
Accept-Language: zh-cn
UA-CPU: x86
Accept-Encoding: gzip, deflate
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 7.0; Windows NT 5.1)
Host: 192.168.5.100:8080
Connection: Keep-Alive
响应：
HTTP/1.1 200 OK
Server: Apache-Coyote/1.1
Content-Type: text/html;charset=ISO-8859-1
Content-Length: 33
Date: Sun, 29 Jun 2008 07:31:36 GMT
Do you work or are you a student?
注意：由于Cookie的禁用，这次请求协议头中虽然没有携带SessionID的信息，但SessionID的信息作为请求地址的一部分传到了服务器端，这就是URL重写的意义所在。
response的encodeURL方法将根据浏览器是否不支持Cookie决定是否将SessionID信息写入链接地址。

3、Session对象的持久化
对于一个企业级应用而言，Session对象的管理十分重要。Sessio对象的信息一般情况下置于服务器的内存中，当服务器由于故障重启，或应用重新加载时候，此时的Session信息将全部丢失。为了避免这样的情况，在某些场合可以将服务器的Session数据存放在文件系统或数据库中，这样的操作称为Session对象的持久化。Session对象在持久化时，存放在其中的对象以序列化的形式存放，这就是为什么一般存放在Session中的数据需要实现可序列化接口（java.io.Serializable）的原因了。
Tomcat 5.5 服务器提供两个类用于Session对象的管理，这两个类分别是org.apache.catalina.session.StandardManager 和 org.apache.catalina.session.PersistentManager。Tomcat默认的方式是使用StandardManager来管理Session。Tomcat 5.5默认会在服务器关闭或应用重新加载时建立一个名为session.ser的文件，并将该应用对应的Session对象存放在其中，该文件位于“Tomcat主目录\work\Catalina\ localhost\应用名”路径下。注意，当Tomcat重新启动或应用重新加载后会读取这个文件，载入其中的Session信息，然后把它删掉，所以如果看不到该文件是由于时机不对或者眼力不够快 。
当然，可以更改Tomcat默认的Session管理方式。可以在“Tomcat主目录\conf\Catalina”下建立应用对于的Context定义，如建立名为tst.xml的XML文件，文件的内容如下：
<Context docBase="D:/Tomcat/tomcat-5.5.26/webapps/tst">
<Manager className="org.apache.catalina.session.StandardManager" maxActiveSessions="-1" 
    maxInactiveInterval="60" pathname=""/>
</Context>
通过Context元素的子元素Manager配置Session的管理对象：
className属性用于指定管理Session的类可以是StandarManager或PersitentManager。
maxActiveSessions表示允许最多活动Session对象的数目，-1表示不限制。
maxInactiveInterval表示Session默认的最长不活动间隔，单位为秒。
pathname表示StandarManager在服务器重启或应用重新加载时持久化Session对象的文件名，此处设置为“”相当于关掉了Session的持久化机制