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  • 关于tomcat session机制梳理

     一道题目引起的思考:“tomcat里怎样禁止服务端自己主动创建session”。

    1背景知识:
    要说tomcat的机制。先从session说起。
    http是无状态协议(http详细可參考:http://www.bysocket.com/?p=282),每次请求都是独立的线程。所以为了维护上下文信息,追踪同一个用户,就是session:保持用户会话状态。眼下有几种方式:cookie,URL重写。隐藏表单域。
    Session代表着server和client一次会话的过程。直到session失效(服务端关闭),或者client关闭时结束。Session 是存储在服务端的。并针对每一个client(客户),通过SessionID来差别不同用户的。

    Session是以Cookie技术或URL重写实现。默认以Cookie技术实现,服务端会给这次会话创造一个JSESSIONID的值。这个id值会发送给client,client每次请求都会把这个id值放到http请求的头部发送给服务端,而这个id值在client会保存下来,保存的容器就是cookie。

    2. tomcat 的session管理机制:

    2.1 请求过程中session操作
    简述:在请求过程中首先要解析请求中的sessionId信息,然后将sessionId存储到request的參数列表中。然后再从request获取session的时候,假设存在sessionId那么就依据Id从session池中获取session,假设sessionId不存在或者session失效,那么则新建session而且将session信息放入session池。供下次使用。
    我们使用session一般这样使用:request.getSession().能够看下

    protected Session doGetSession(boolean create) {

    // There cannot be a session if no context has been assigned yet
    if (context == null)
    return (null);
    // Return the current session if it exists and is valid
    if ((session != null) && !session.isValid())
    session = null;
    if (session != null)
    return (session);
    // Return the requested session if it exists and is valid
    Manager manager = null;
    if (context != null)
    manager = context.getManager();
    if (manager == null)
    return (null); // Sessions are not supported
    if (requestedSessionId != null) {
    try {
    session = manager.findSession(requestedSessionId);
    } catch (IOException e) {
    session = null;
    }
    if ((session != null) && !session.isValid())
    session = null;
    if (session != null) {
    session.access();
    return (session);
    }
    }

    // Create a new session if requested and the response is not committed
    if (!create)
    return (null);
    if ((context != null) && (response != null) &&
    context.getCookies() &&
    response.getResponse().isCommitted()) {
    throw new IllegalStateException
    (sm.getString("coyoteRequest.sessionCreateCommitted"));
    }

    // Attempt to reuse session id if one was submitted in a cookie
    // Do not reuse the session id if it is from a URL, to prevent possible
    // phishing attacks
    if (connector.getEmptySessionPath()
    && isRequestedSessionIdFromCookie()) {
    session = manager.createSession(getRequestedSessionId());
    } else {
    session = manager.createSession(null);
    }

    // Creating a new session cookie based on that session
    if ((session != null) && (getContext() != null)
    && getContext().getCookies()) {
    String scName = context.getSessionCookieName();
    if (scName == null) {
    scName = Globals.SESSION_COOKIE_NAME;
    }
    Cookie cookie = new Cookie(scName, session.getIdInternal());
    configureSessionCookie(cookie);
    response.addSessionCookieInternal(cookie, context.getUseHttpOnly());
    }

    if (session != null) {
    session.access();
    return (session);
    } else {
    return (null);
    }
    }

    上面代码就是依据requestedSessionId 去查找session,找不到就创建新的session。那么requestedSessionId 怎么获取的呢?
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    Http11Processor解析封装在org.apache.coyote.Request然后传递给CoyoteAdapter。coyoteAdapter是一个适配器,将coyote框架封装的org.apache.coyote.Request适配给org.apache.catalina.connector.Request。过程就是Http11Processor方法process()。里面调用了 adapter.service(request, response);coyoteAdapter的service里面postParseRequest(req, request, res, response).当中调用了  parsePathParameters(req, request)方法去解析路径參数中的cookie信息,parseSessionCookiesId(req, request)从cookie中解析sessionId存到request;
    上面的Http11Processor是怎么调用的.还没查到。待补充。
    2.2 Servlet获取session的流程:
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      appServlet是我们自己定义的一个Servlet,在通过Reqest获取session的时候,事实上调用的这个先看javax.servlet.http.HttpServletRequest.getSession(boolean create)(这是一个接口)事实上是RequestFacade(封装了org.apache.catalina.connector.Request的一个门面),然后RequestFacade会调用真实的Request的getSession方法。

    Request详细的逻辑是调用Context容器的getManger方法获取Session管理器(session管理器详情下文介绍),然后假设SessionId假设已经被解析出来了。那么则会调用findSession方法从session对象池中获取相应的session,反之假设sessionId不存在,则须要又一次创建一个Session,并放入session对象池中。

    以下贴出关键代码:

    类RequestFacade的getSession方法:

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    类Request的getSession方法:
    org.apache.catalina.connector
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    doGetSession就是上面2.1贴出来的代码,主要逻辑就是一依据SessionId从session对象池中获取session信息: session = manager.findSession(requestedSessionId) 用于查找sessionid相应的session;,第二标记就是在没有解析到sessionId的情况下创建一个新的Session对象。
    类ManagerBase的findSession方法:
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     注意:  protected Map<String, Session> sessions = new ConcurrentHashMap<String, Session>();
    也就是说tomcat是通过线程安全的ConcurrentHashMap来实现的。



    以上即是Servlet获取session的流程。
    2.3.Session的管理机制
    以下是tomcat6源代码里面session包:
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      实现包的路径是:org.apache.catalina.sessiontomcat对外提供session调用的接口不在这个实现包里。对外接口是在包javax.servlet.http下的HttpSession。而实现包里的StandardSessiontomcat提供的标准实现,当然对外tomcat不希望用户直接操作StandardSession,而是提供了一个StandardSessionFacade类,tomcat容器里详细操作session的组件是servlet。而servlet操作session是通过StandardSessionFacade进行的。这样就能够防止程序猿直接操作StandardSession所带来的安全问题。

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    session包下各类含义:

    (1)    Manager:定义了关联到某一个容器的用来管理session池的基本接口。这是catalina包下的。

    (2)    ManagerBase:实现了Manager接口。该类提供了Session管理器的常见功能的实现。


    (3)    StandardManager:继承自ManagerBase,tomcat的默认Session管理器(不指定配置,默认使用这个),是tomcat处理session的非集群实现(也就说是单机版的),tomcat关闭时,内存session信息会持久化到磁盘保存为SESSION.ser,再次启动时恢复。

    (4)    PersistentManagerBase:继承自ManagerBase,实现了和定义了session管理器持久化的基础功能。

    (5)    PersistentManager:继承自PersistentManagerBase,主要实现的功能是会把空暇的会话对象(通过设定超时时间)交换到磁盘上。

    (6)StoreBase:存放持久化有关store接口的基本实现。

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    持久化session管理器的存储策略就是有这个Store对象定义的。

     接口Store及事实上例是为session管理器提供了一套存储策略。store定义了主要的接口。而StoreBase提供了主要的实现。

    当中FileStore类实现的策略是将session存储在以setDirectory()指定文件夹并以.session结尾的文件里的。JDBCStore类是将Session通过JDBC存入数据库中,因此须要使用JDBCStore,须要分别调用setDriverName()方法和setConnectionURL()方法来设置驱动程序名称和连接URL。

    (7) StandardSession :tomcat的session实现类。

    2.4 Tomcat session相关的配置

    从两个层面总结一下session相关的配置和设置。首先是从配置文件层面,session是有过期时间的,这个默认的过期时间是 在$catalina_home/conf/web.xml有定义的。详细的默认配置例如以下(默认的过期时间是30min,即30min没有訪 问,session就过期了):


    另一点就是session管理假设不配置就默认使用StandardManager。但假设要配置的话能够 在$catalina_home/conf/context.xml当中指定(当中从这个配置当中能够看到session管理器是和context容器关 联的,也就说每一个web应用都会有一个session管理器)详细的配置例如以下:


    Tomcat7.x默认这个manager的配置是凝视掉的。假设要指定的PersistentManager为默认管理器的话能够这么指定:


    事实上看到这也就发现了,事实上session管理器或者Store存储策略。仅仅要实现了相关的接口,都是能够自己定义的。

    自己写一个配置在这里就ok了。

    另外在从代码层面总结一下:session的一些配置信息是写死在代码里的,比方SessionConfig这个类就定义了一些session的设 置信息。Session在cookie中的名字是JSESSION. Session通过URL重写的方式放在path里时,键值的名字是jsessionids,详细的代码例如以下:


    另一点就是sessionId默认指定的长度是16个字节,这个在SessionIdGenerator当中指定:

    这个 SessionIdGenerator应该是tomcat7的。我在6上源代码找不到。

    关于tomcat6的源代码里面。有这种方法generateSessionId

    protected synchronized String generateSessionId() {

    byte random[] = new byte[16];
    String jvmRoute = getJvmRoute();
    String result = null;

    // Render the result as a String of hexadecimal digits
    StringBuffer buffer = new StringBuffer();
    do {
    int resultLenBytes = 0;
    if (result != null) {
    buffer = new StringBuffer();
    duplicates++;
    }

    while (resultLenBytes < this.sessionIdLength) {
    getRandomBytes(random);
    random = getDigest().digest(random);
    for (int j = 0;
    j < random.length && resultLenBytes < this.sessionIdLength;
    j++) {
    byte b1 = (byte) ((random[j] & 0xf0) >> 4);
    byte b2 = (byte) (random[j] & 0x0f);
    if (b1 < 10)
    buffer.append((char) ('0' + b1));
    else
    buffer.append((char) ('A' + (b1 - 10)));
    if (b2 < 10)
    buffer.append((char) ('0' + b2));
    else
    buffer.append((char) ('A' + (b2 - 10)));
    resultLenBytes++;
    }
    }
    if (jvmRoute != null) {
    buffer.append('.').append(jvmRoute);
    }
    result = buffer.toString();
    } while (sessions.containsKey(result));
    return (result);

    }

    实现原理:一个随机数加时间加上jvm的id值,jvm的id值会依据server的硬件信息计算得来,因此不同jvm的id值都是唯一的

    再补充一点:session本身也是基于kv的hashmap实现的,比方:StandardSession 里面  

     protected Map attributes = new ConcurrentHashMap();

    全部的会话信息的存取都是通过这个属性来实现的。另外上面web.xml的配置有效期tomcat是怎么实现的呢?

    就是ManagerBase.processExpires。一直查询全部的session对象。每一个检查是否有效,超期就删除。

    详细代码參见

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     当中session在expire会触发相应的listener事件,从而对session信息进行监控,以下是expire方法部分截图。

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    **********************总结*********************

    tomcat的session管理机制基本上总结就是上面。这个源代码分析师基于tomcat6的。7还是有一些差异跟优化的。

    回答问题:假设不想让session被创建,则自己定义ManagerBase的实现类。覆盖这些方法为空实现。
    思考:

    在实际运用中session所带来的问题

    由上面所描写叙述的session实现机制。我们会发现。为了弥补http协议的无状态的特点。服务端会占用一定的内存和cpu用来存储和处理session计算的开销,这也就是tomcat这个的web容器的并发连接那么低(tomcat官方文档里默认的连接数是200)原因之中的一个。因此非常多java语言编写的站点。在生产环境里web容器之前会加一个静态资源server,比如:apacheserver或nginxserver。静态资源server没有解决http无状态问题的功能,因此部署静态资源的server也就不会让出内存或cpu计算资源专门去处理像session这种功能。这些内存和cpu资源能够更有效的处理每一个http请求,因此静态资源server的并发连接数更高,所以我们能够让那些没有状态保持要求的请求直接在静态server里处理。而要进行状态保持的请求则在java的web容器里进行处理。这样能更好的提升站点的效率

    解决session相关问题的技术方案

    由上所述,session一共同拥有两个问题须要解决:

    1) session的存储应该独立于web容器。也要独立于部署web容器的server。

    2)怎样进行高效的session同步。

    因此最好的解决方式就是使用分布式缓存技术,比如:memcachedredis。将session信息的存储独立出来也是解决session同步问题的方法。

    以下是一篇用zookeeper实现的分布式session方案:

    http://www.open-open.com/lib/view/open1378556537303.html

     

    參考:
    http://www.cnblogs.com/sharpxiajun/p/3395607.html
    http://blog.csdn.net/it_man/article/details/26217143
    http://www.cnblogs.com/interdrp/p/4935614.html 
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