Session原理和Tomcat实现分析

chentao2008_t 2011-01-05 10:50:50

由于HTTP是无状态的协议，客户程序每次都去web页面，都打开到web服务器的单独的连接，并且不维护客户的上下文信息。如果需要维护上下文信息，比如用户登录系统后，每次都能够知道操作的是此登录用户，而不是其他用户。对于这个问题，存在三种解决方案：cookie，url重写和隐藏表单域。

1、cookie
cookie是一个服务器和客户端相结合的技术，服务器可以将会话ID发送到浏览器，浏览器将此cookie信息保存起来，后面再访问网页时，服务器又能够从浏览器中读到此会话ID，通过这种方式判断是否是同一用户。
1 请求：
2POST /ibsm/LoginAction.do HTTP/1.1
3Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, application/x-shockwave-flash, application/vnd.ms-excel, application/vnd.ms-powerpoint, application/msword, */*
4Referer: http://192.168.1.20:8080/crm/
5Accept-Language: zh-cn
6Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
7UA-CPU: x86
8Accept-Encoding: gzip, deflate
9User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 7.0; Windows NT 5.2)
10Host: 192.168.1.20:8080
11Content-Length: 13
12Connection: Keep-Alive
13Cache-Control: no-cache
14
15username=jack
16
17响应：
18HTTP/1.1 200 OK
19Server: Apache-Coyote/1.1
20Set-Cookie: JSESSIONID=3267A671BFEAA147A2383B7E083D4G7E; Path=/crm
21Content-Type: text/html;charset=GBK
22Content-Length: 436
23Date: Sat, 10 June 2009 12:43:26 GMT
生成响应的时候，服务器向客户端发送cookie。cookie的属性是JSESSIONID，值是267A671BFEAA147A2383B7E083D4G7E。以后每次客户端请求时，都会附上此cookie，服务器端就可以读取到。

1 1. GET /ibsm/ApplicationFrame.frame HTTP/1.1
2 2. Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, application/x-shockwave-flash, application/vnd.ms-excel, application/vnd.ms-powerpoint, application/msword, */*
3 3. Accept-Language: zh-cn
4 4. UA-CPU: x86
5 5. Accept-Encoding: gzip, deflate
6 6. User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 7.0; Windows NT 5.2)
7 7. Host: 192.168.1.20:8080
8 8. Connection: Keep-Alive
9 9. Cookie: JSESSIONID=267A671BFEAA147A2383B7E083D4G7E
服务器端根据读取到的JSESSIONID，在一个map里面查找其对应的session对象，这个map的key是jsessionid的值，value是session对象。

2、URL重写
重写这种方式，客户端程序在每个URL的尾部自动添加一些额外数据，这些数据以表示这个会话，比如
http://192.168.1.20:8080/crm/getuserprofile.html;jsessionid=abc123。URL重写的额外数据是服务器自动添加的，那么服务器是怎么添加的呢？Tomcat在返回Response的时候，检查JSP页面中所有的URL，包括所有的链接，和 Form的Action属性，在这些URL后面加上“;jsessionid=xxxxxx”。添加url后缀的代码片段如下：
org.apache.coyote.tomcat5.CoyoteResponse类的toEncoded()方法支持URL重写。

1 StringBuffer sb = new StringBuffer(path);
2 if( sb.length() > 0 ) { // jsessionid can't be first.
3 sb.append(";jsessionid=");
4 sb.append(sessionId);
5 }
6 sb.append(anchor);
7 sb.append(query);
8 return (sb.toString());
从上面URL的实现原理可知，URL重写有一个缺点：在你的站点上不能有任何静态的HTML页面(至少静态页面中不能有任何链接到站点动态页面的链接)。因此，每个页面都必须使用servlet或 JSP动态生成。即使所有的页面都动态生成，如果用户离开了会话并通过书签或链接再次回来，会话的信息都会丢失，因为存储下来的链接含有错误的标识信息－该URL后面的SESSION ID已经过期了。

3、隐藏表单域
这种方式借助html表单中的hidden来实现，适用特定的一个流程，但是不适用于通常意义的会话跟踪。

综上所述，session实现会话跟踪通常是cookie和url重写，如果浏览器不禁止cookie的话，tomcat优先使用cookie实现。

服务器端实现原理

Session在服务器端具体是怎么实现的呢？我们使用session的时候一般都是这么使用的：

request.getSession()或者request.getSession(true)。

这个时候，服务器就检查是不是已经存在对应的Session对象，见HttpRequestBase类
doGetSession(boolean create)方法：

1 if ((session != null) && !session.isValid())
2 session = null;
3 if (session != null)
4 return (session.getSession());
5
6
7 // Return the requested session if it exists and is valid
8 Manager manager = null;
9 if (context != null)
10 manager = context.getManager();
11 if (manager == null)
12 return (null); // Sessions are not supported
13 if (requestedSessionId != null) {
14 try {
15 session = manager.findSession(requestedSessionId);
16 } catch (IOException e) {
17 session = null;
18 }
19 if ((session != null) && !session.isValid())
20 session = null;
21 if (session != null) {
22 return (session.getSession());
23 }
24 }

requestSessionId从哪里来呢？这个肯定是通过Session实现机制的cookie或URL重写来设置的。见HttpProcessor类中的parseHeaders(SocketInputStream input)：

1 for (int i = 0; i < cookies.length; i++) {
2 if (cookies[i].getName().equals
3 (Globals.SESSION_COOKIE_NAME)) {
4 // Override anything requested in the URL
5 if (!request.isRequestedSessionIdFromCookie()) {
6 // Accept only the first session id cookie
7 request.setRequestedSessionId
8 (cookies[i].getValue());
9 request.setRequestedSessionCookie(true);
10 request.setRequestedSessionURL(false);
11
12 }
13 }
14 }
或者HttpOrocessor类中的parseRequest(SocketInputStream input, OutputStream output)

1 // Parse any requested session ID out of the request URI
2 int semicolon = uri.indexOf(match); //match 是";jsessionid="字符串
3 if (semicolon >= 0) {
4 String rest = uri.substring(semicolon + match.length());
5 int semicolon2 = rest.indexOf(';');
6 if (semicolon2 >= 0) {
7 request.setRequestedSessionId(rest.substring(0, semicolon2));
8 rest = rest.substring(semicolon2);
9 } else {
10 request.setRequestedSessionId(rest);
11 rest = "";
12 }
13 request.setRequestedSessionURL(true);
14 uri = uri.substring(0, semicolon) + rest;
15 if (debug >= 1)
16 log(" Requested URL session id is " +
17 ((HttpServletRequest) request.getRequest())
18 .getRequestedSessionId());
19 } else {
20 request.setRequestedSessionId(null);
21 request.setRequestedSessionURL(false);
22 }
23

里面的manager.findSession(requestSessionId)用于查找此会话ID对应的session对象。Tomcat实现
是通过一个HashMap实现，见ManagerBase.java的findSession(String id):

1 if (id == null)
2 return (null);
3 synchronized (sessions) {
4 Session session = (Session) sessions.get(id);
5 return (session);
6 }
Session本身也是实现为一个HashMap，因为Session设计为存放key-value键值对，Tomcat里面Session实现类是StandardSession，里面一个attributes属性：

1 /**
2 * The collection of user data attributes associated with this Session.
3 */
4 private HashMap attributes = new HashMap();
所有会话信息的存取都是通过这个属性来实现的。Session会话信息不会一直在服务器端保存，超过一定的时间期限就会被删除，这个时间期限可以在web.xml中进行设置，不设置的话会有一个默认值，Tomcat的默认值是60。那么服务器端是怎么判断会话过期的呢？原理服务器会启动一个线程，一直查询所有的Session对象，检查不活动的时间是否超过设定值，如果超过就将其删除。见StandardManager类，它实现了Runnable接口，里面的run方法如下：

1 /**
2 * The background thread that checks for session timeouts and shutdown.
3 */
4 public void run() {
5
6 // Loop until the termination semaphore is set
7 while (!threadDone) {
8 threadSleep();
9 processExpires();
10 }
11
12 }
13
14 /**
15 * Invalidate all sessions that have expired.
16 */
17 private void processExpires() {
18
19 long timeNow = System.currentTimeMillis();
20 Session sessions[] = findSessions();
21
22 for (int i = 0; i < sessions.length; i++) {
23 StandardSession session = (StandardSession) sessions[i];
24 if (!session.isValid())
25 continue;
26 int maxInactiveInterval = session.getMaxInactiveInterval();
27 if (maxInactiveInterval < 0)
28 continue;
29 int timeIdle = // Truncate, do not round up
30 (int) ((timeNow - session.getLastUsedTime()) / 1000L);
31 if (timeIdle >= maxInactiveInterval) {
32 try {
33 expiredSessions++;
34 session.expire();
35 } catch (Throwable t) {
36 log(sm.getString("standardManager.expireException"), t);
37 }
38 }
39 }
40
41 }
Session信息在create,expire等事情的时候都会触发相应的Listener事件，从而可以对session信息进行监控，这些Listener只需要继承HttpSessionListener，并配置在web.xml文件中。如下是一个监控在线会话数的Listerner：

import java.util.HashSet;

import javax.servlet.ServletContext;

import javax.servlet.http.HttpSession;

import javax.servlet.http.HttpSessionEvent;

import javax.servlet.http.HttpSessionListener;

public class MySessionListener implements HttpSessionListener {

public void sessionCreated(HttpSessionEvent event) {

HttpSession session = event.getSession();

ServletContext application = session.getServletContext();

// 在application范围由一个HashSet集保存所有的session

HashSet sessions = (HashSet) application.getAttribute("sessions");

if (sessions == null) {

sessions = new HashSet();

application.setAttribute("sessions", sessions);

}

// 新创建的session均添加到HashSet集中

sessions.add(session);

// 可以在别处从application范围中取出sessions集合

// 然后使用sessions.size()获取当前活动的session数，即为“在线人数”

}

public void sessionDestroyed(HttpSessionEvent event) {

HttpSession session = event.getSession();

ServletContext application = session.getServletContext();

HashSet sessions = (HashSet) application.getAttribute("sessions");

// 销毁的session均从HashSet集中移除

sessions.remove(session);

}

}

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