• 企业400电话
  • 微网小程序
  • AI电话机器人
  • 电商代运营
  • 全 部 栏 目

    企业400电话 网络优化推广 AI电话机器人 呼叫中心 网站建设 商标✡知产 微网小程序 电商运营 彩铃•短信 增值拓展业务
    Tomcat中的Session与Cookie深入讲解

    前言

    HTTP 是一种无状态通信协议,每个请求之间相互独立,服务器不能识别曾经来过的请求。而对于 Web 应用,它的活动都是依赖某个状态的,比如用户登录,此时使用 HTTP 就需要它在一次登录请求后,有为后续请求提供已登录信息的能力。本文首发于公众号顿悟源码.

    解决办法就是使用 Cookie,它由服务器返回给浏览器,浏览器缓存并在每次请求时将 cookie 数据提交到服务器。Cookies 在请求中以明文传输,且大小限制 4KB,显然把所有状态数据保存在浏览器是不靠谱的,主流做法是:

    1. 浏览器发出第一个请求时,服务器为用户分配一个唯一标识符,返回并存入浏览器的 Cookies 中
    2. 服务器内部维护一个全局的请求状态库,并使用生成的唯一标识符关联每个请求的状态信息
    3. 浏览器后续发出的请求,都将唯一标识符提交给服务器,以便获取之前请求的状态信息

    为了方便管理,服务器把整个过程称为会话,并抽象成一个 Session 类,用于识别和存储有关该用户的信息或状态。
    接下来,将通过会话标识符的解析和生成,Session 的创建、销毁和持久化等问题,分析 Tomcat 的源码实现,版本使用的是 6.0.53。

    1. 解析会话标识符

    Cookie 作为最常用的会话跟踪机制,所有的 Servlet 容器都支持,Tomcat 也不例外,在 Tomcat 中,表示存储会话标识符的 cookie 的标准名字是 JSESSIONID。

    如果如果浏览器不支持 Cookie,也可以使用以下办法,记录标识符:

    Tomcat 就实现了从 URL 重写路径和 Cookie 中提取 JSESSIONID。在分析源码之前,首先看下设置 Cookie 的响应和带 Cookie 的请求它们头域的关键信息:

    // 设置 Cookie
    HTTP/1.1 200 OK
    Server: Apache-Coyote/1.1
    Set-Cookie: JSESSIONID=56AE5B92C272EA4F5E0FBFEFE6936C91; Path=/examples
    Date: Sun, 12 May 2019 01:40:35 GMT
    
    // 提交 Cookie
    GET /examples/servlets/servlet/SessionExample HTTP/1.1
    Host: localhost:8080
    Cookie: JSESSIONID=56AE5B92C272EA4F5E0FBFEFE6936C91

    1.1 从 URL 重写路径

    一个包含会话 ID 路径参数的 URL 如下:

    http://localhost:8080/examples/SessionExample;JSESSIONID=1234;n=v/?x=x

    简单来看就是查找匹配分号和最后一个斜线之间的 JSESSIONID,事实也是如此,只不过 Tomcat 操作的是字节,核心代码在 CoyoteAdapter.parsePathParameters() 方法,这里不在贴出。

    1.2 从 Cookie 头域

    触发 Cookie 解析的方法调用如下:

    CoyoteAdapter.service(Request, Response)
    └─CoyoteAdapter.postParseRequest(Request, Request, Response, Response)
     └─CoyoteAdapter.parseSessionCookiesId(Request, Request)
     └─Cookies.getCookieCount()
     └─Cookies.processCookies(MimeHeaders)
     └─Cookies.processCookieHeader(byte[], int, int)

    这个 processCookieHeader 操作的是字节,解析看起来不直观,在 Tomcat 内部还有一个被标记废弃的使用字符串解析的方法,有助于理解,代码如下:

    private void processCookieHeader( String cookieString ){
     // 多个 cookie 值以逗号分割
     StringTokenizer tok = new StringTokenizer(cookieString, ";", false);
     while (tok.hasMoreTokens()) {
      String token = tok.nextToken();
      // 获取等号的位置
      int i = token.indexOf("=");
      if (i > -1) {
       // 获取name 和 value 并去除空格
       String name = token.substring(0, i).trim();
       String value = token.substring(i+1, token.length()).trim();
       // RFC 2109 and bug 去除两头的双引号 "
       value=stripQuote( value );
       // 从内部 cookie 缓存池中获取一个 ServerCookie 对象
       ServerCookie cookie = addCookie();
       // 设置 name 和 value
       cookie.getName().setString(name);
       cookie.getValue().setString(value);
      } else {
       // we have a bad cookie.... just let it go
      }
     }
    }

    解析完毕,接下来就是在 parseSessionCookiesId 方法遍历并尝试匹配名称为 JSESSIONID 的 Cookie,如果存在,则将其值设为 Request 的 requestedSessionId,与内部的一个 Session 对象关联。

    2. 生成会话 Cookie

    与会话相关的 Cookie 是 Tomcat 内部自己生成的,当在 Servlet 中使用 Request.getSession() 获取会话对象时,就会触发执行,核心代码:

    protected Session doGetSession(boolean create) {
     ...
     // 创建 Session 实例
     if (connector.getEmptySessionPath() && isRequestedSessionIdFromCookie()) {
      // 如果会话 ID 来自 cookie,请重用该 ID,如果来自 URL,请不要
      // 重用该会话ID,以防止可能的网络钓鱼攻击
      session = manager.createSession(getRequestedSessionId());
     } else {
      session = manager.createSession(null);
     }
     // 基于该 Session 创建一个新的会话 cookie
     if ((session != null) && (getContext() != null)
        && getContext().getCookies()) {
      String scName = context.getSessionCookieName();
      if (scName == null) {
       // 默认 JSESSIONID
       scName = Globals.SESSION_COOKIE_NAME;
      }
      // 新建 Cookie
      Cookie cookie = new Cookie(scName, session.getIdInternal());
      // 设置 path domain secure
      configureSessionCookie(cookie);
      // 添加到响应头域
      response.addSessionCookieInternal(cookie, context.getUseHttpOnly());
     }
     if (session != null) {
      session.access();
      return (session);
     } else {
      return (null);
     }
    }

    添加到响应头域,就是根据 Cookie 对象,生成如开始描述的格式那样。

    3. Session

    Session 是 Tomcat 内部的一个接口,是 HttpSession 的外观类,用于维护 web 应用特定用户的请求之间的状态信息。相关类图设计如下:

    关键类或接口的作用如下:

    本文不分析集群复制的原理,只分析单机 Session 的管理。

    3.1 创建 Session

    在 Servlet 中首次使用 Request.getSession() 获取会话对象时,会创建一个 StandardSession 实例:

    public Session createSession(String sessionId) {
     // 默认返回的是 new StandardSession(this) 实例
     Session session = createEmptySession();
     // 初始化属性
     session.setNew(true);
     session.setValid(true);
     session.setCreationTime(System.currentTimeMillis());
     // 设置会话有效时间,单位 秒,默认 30 分钟,为负值表示永不过期
     session.setMaxInactiveInterval(((Context) getContainer()).getSessionTimeout() * 60);
     if (sessionId == null) {
      // 生成一个会话 ID
      sessionId = generateSessionId();
     
     session.setId(sessionId);
     sessionCounter++;
    
     SessionTiming timing = new SessionTiming(session.getCreationTime(), 0);
     synchronized (sessionCreationTiming) {
      sessionCreationTiming.add(timing);
      sessionCreationTiming.poll();
     }
     return (session);
    }

    关键就在于会话唯一标识的生成,来看 Tomcat 的生成算法:

    1. 随机获取 16 个字节
    2. 使用 MD5 加密这些字节,再次得到一个 16 字节的数组
    3. 遍历新的字节数组,使用每个字节的高低4位分别生成一个十六进制字符
    4. 最后得到一个 32 位的十六进制字符串

    核心代码如下:

    protected String generateSessionId() {
     byte random[] = new byte[16];
     String jvmRoute = getJvmRoute();
     String result = null;
     // 将结果渲染为十六进制数字的字符串
     StringBuffer buffer = new StringBuffer();
     do {
      int resultLenBytes = 0;
      if (result != null) { // 重复,重新生成
       buffer = new StringBuffer();
       duplicates++;
      }
      // sessionIdLength 为 16
      while (resultLenBytes < this.sessionIdLength) {
       getRandomBytes(random);// 随机获取 16 个字节
       // 获取这16个字节的摘要,默认使用 MD5
       random = getDigest().digest(random);
       // 遍历这个字节数组,最后生成一个32位的十六进制字符串
       for (int j = 0;
       j < random.length && resultLenBytes < this.sessionIdLength;
       j++) {
        // 使用指定字节的高低4位分别生成一个十六进制字符
        byte b1 = (byte) ((random[j] & 0xf0) >> 4);
        byte b2 = (byte) (random[j] & 0x0f);
        // 转为十六进制数字字符
        if (b1 < 10) {buffer.append((char) ('0' + b1));}
        // 转为大写的十六进制字符
        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);
    }

    3.2 Session 过期检查

    一个 Web 应用对应一个会话管理器,也就是说 StandardContext 内部有一个 Manager 实例。每个容器组件都会启动一个后台线程,周期的调用自身以及内部组件的 backgroundProcess() 方法,Manager 后台处理就是检查 Session 是否过期。

    检查的逻辑是,获取所有 session 使用它的 isValid 判断是否过期,代码如下:

    public boolean isValid() {
     ...
     // 是否检查是否活动,默认 false
     if (ACTIVITY_CHECK && accessCount.get() > 0) {
      return true;
     }
     // 检查时间是否过期
     if (maxInactiveInterval >= 0) { 
      long timeNow = System.currentTimeMillis();
      int timeIdle = (int) ((timeNow - thisAccessedTime) / 1000L);
      if (timeIdle >= maxInactiveInterval) {
       // 如果过期,执行一些内部处理
       // 主要是通知对过期事件感兴趣的 listeners
       expire(true);
      }
     } // 复数永不过期
     return (this.isValid);
    }

    3.3 Session 持久化

    持久化就是把内存中活动的 Session 对象,序列化到文件,或者存储到一个数据库中。如果会话管理组件符合并启用了持久化功能,那么就会在它生命周期事件 stop 方法中执行存储;在 start 方法中执行加载。

    持久化到文件,StandardManager 也提供了持久化到文件的功能,它会把 session 池中活动的会话全部写入到CATALINA_HOME/work/Catalina/<host>/<webapp>/SESSIONS.ser文件中,代码在它的 doUnload 方法中。

    FileStore 也提供了持久化到文件的功能,与 StandardManager 的区别是,它会把每个会话写入到单个文件中,以 <id>.session 命名。

    持久化到数据库,分别把 session 相关数据存储到一个表中,包括序列化后的二进制数据,表字段信息如下:

    create table tomcat_sessions (
     session_id   varchar(100) not null primary key,
     valid_session char(1) not null, -- 是否有效
     max_inactive  int not null,-- 最大有效时间
     last_access  bigint not null, -- 最后访问时间
     app_name    varchar(255), -- 应用名,格式为 /Engine/Host/Context
     session_data  mediumblob, -- 二进制数据
     KEY kapp_name(app_name)
    );

    注意:需要把数据库驱动程序的 jar 文件,放到 $CATALINA_HOME/lib 目录中,以便让 Tomcat 内部的类加载器可见。

    4. 小结

    本文简单分析了 Tomcat 对 Session 的管理,当然了忽略了很多细节,有兴趣的可以深入源码,后续将会对 Tomcat 集群 Session 的实现进行分析。

    总结

    以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,谢谢大家对脚本之家的支持。

    上一篇:在Mac上利用VirtualBox搭建本地虚拟机环境的方法
    下一篇:Linux下“/”和“~”的区别详解
  • 相关文章
  • 

    © 2016-2020 巨人网络通讯 版权所有

    《增值电信业务经营许可证》 苏ICP备15040257号-8

    Tomcat中的Session与Cookie深入讲解 Tomcat,中的,Session,与,Cookie,