HTTP session原理

破晓

本文来自：http://blog.csdn.net/wangzhkai/article/details/4187496
本文对原文做了解释性补充

不得不说当我了解了session的原理之后感觉到了惊讶，因为session竟然是基于cookie的，所以当一向被认为不安全的cookie和超安全的session等同之后确实很让人接受不了，因为我确实是菜鸟
做了这么多年的web，用了这么多年的session和cookie，竟然就习惯了这两个东西，把他们的功能当成了天然的功能，从来没有考虑过他们的原理，实在是悲哀，直到有一天，我觉醒了。。
首先应该了解http协议的请求过程，这个以前倒是知道，当然是基于tcp/ip协议，客户端请求服务器，服务器回答客户端，无状态的，那么服务器如何区分客户端的呢？看完本文自然明白了

关于cookie

先来说cookie，怎么使用就不说了，cookie按照在客户端存放的方式，可以分为两类，
一种是会话性质的cookie，存放在浏览器内存中，当你在用代码向客户端写入cookie的时候，如果没有指定过期时间，那么cookie是存放在浏览器的内存里面的，不会持久化在硬盘上，也就是你在浏览器的临时文件里找不到！
一种是持久化的cookie，存放在硬盘上，当你指定了cookie的过期时间，那么，在客户端写入cookie的时候就会在浏览器的临时文件下生成一个文件，具体格式和名字可以到浏览器临时文件去看下

cookie的原理是这样的：当你在服务器端的代码里写了response.cookie["mycookie"]="mytestcookie"的时候，返回给客户端的http响应中，会在http相应头中加入cookie的信息，浏览器收到相应后，会按照http响应头里的cookie在客户端建立cookie。
客户端的cookie也是插在http头中发送到服务器端的，并且，一个域，在客户端建立的所有cookie，在客户端的每一次的http请求都会带着，比如testwebsite.com这个站点，任何时刻写到客户端的cookie，只要不过期，浏览器在向testwebsite.com发送http请求的时候，会带上这些cookie,所以cookie在客户端的大小是有限制的

关于session
cookie明白了之后session就容易理解了，asp的session和asp.net默认的session就是通过第一种cookie来实现的，你可以把自己的浏览器的cookie彻底禁用，然后再去登录一些注册过的门户网站，会发现很多都登录不了了。是cookie，将http的请求变得有状态。session的实现是web服务器的事情，不过很显然是利用会话cookie，也就是存放在浏览器内存里的那种cookie来实现的，在cookie里只是存放了SessionID，然后在服务器上建立了一张表，对应客户端的SessionID。这张表是存放在服务器上的进程中的，也就是服务器的内存里，也就是Application里。当客户端请求服务器的时候，如果服务器发现这是一个新的请求，就会分配给他一个SessionID，也就是在浏览器写入一个sessionID的cookie。你可以试一下，在你请求过一次服务器之后，在服务器遍历客户端所有的cookie，就会发现这个叫做SessionID的cookie。
所以在了解了这个session的原理之后我们可以自己来造一个自己的session，过程就不说了。

那么我们现在可以说session就是依赖于会话性的cookie的

关于session的其他
asp.net可以定制session的实现方式，默认是上面说的原理，但是可以改变的。
可以选择不依赖于cookie,就是把sessionID作为URL的一部分放在每一次的请求后面，像这样:
http://www.testwebsite.com/(-此处为一串sessionID的字符串-)/test.aspx
但是这种方式你如果在html中指定url的时候，指定了绝对路径，比如
<a href="http://www.testwebsite.com/other.aspx">test</a>
那么点击这个链接就会不是同一个会话了，因为此时区分客户端的唯一标志就是域名后面那串字符串
php也有类似的做法，不依赖cookie的做法是在get的参数里面带一个sessionID的参数
asp.net还可以定义session里存放数据的存储位置，放在其他进程，放在sqlServer中等等，知道了session的原理就很容易明白，我们可以自己就可以造一个类似session作用的东西的

session的结束问题

还有知道了session的原理就会明白一个session会话如何结束，除非服务器端可以清除一个session会话，客户端是没有能力清除session的，关闭浏览器的时候并不能够结束当前的会话(忽略浏览器关闭事件)，在不依赖于cookie的session中最明显，你可以记下你的sessionID那串字符串，关闭浏览器，打开，把sessionID自己替换，你就可以恢复刚才的会话了。所谓的20分钟session超时，是服务器每隔20分钟对于不活动的session清除而已。
还有要指出的是依赖于cookie的session是存放在浏览器内存中的，所以一个浏览器的进程就会产生一个session,可以通过任务管理器查看进程，对于IE来说，只有双击桌面上的浏览器快捷方式才能新启动一个进程的，当然其他类似启动iexplorer.exe的行为也可以

到这里你会发现在依赖于cookie的session中，是需要浏览器的支持的！所以当你不用浏览器而自己来制造http请求的时候，session就用了！
对于js的ajax请求，确切的说是xmlhttp这个组件发送的http请求，虽然是你使用js的代码自己制造的，但是依然是借助于浏览器发送的，所以可以获得session。
所以在webservice中使用session我们还得自己造一个东西实现cookie的功能

补充内容：

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。

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

HttpSession常见问题
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 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。
 
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）。
 
/NASApp
 
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。
 

 
session与cookie区别
 
Session是由应用服务器维持的一个服务器端的存储空间，用户在连接服务器时，会由服务器生成一个唯一的SessionID,用该SessionID为标识符来存取服务器端的Session存储空间。而SessionID这一数据则是保存到客户端，用Cookie保存的，用户提交页面时，会将这一SessionID提交到服务器端，来存取Session数据。这一过程，是不用开发人员干预的。所以一旦客户端禁用Cookie，那么Session也会失效。
 
服务器也可以通过URL重写的方式来传递SessionID的值，因此不是完全依赖Cookie。如果客户端Cookie禁用，则服务器可以自动通过重写URL的方式来保存Session的值，并且这个过程对程序员透明。
 
可以试一下，即使不写Cookie，在使用request.getCookies();取出的Cookie数组的长度也是1，而这个Cookie的名字就是JSESSIONID，还有一个很长的二进制的字符串，是SessionID的值。
 
Cookie是客户端的存储空间，由浏览器来维持。
 
在一些投票之类的场合，我们往往因为公平的原则要求每人只能投一票，在一些WEB开发中也有类似的情况，这时候我们通常会使用COOKIE来实现，例如如下的代码：
 

< % cookie[]cookies = request.getCookies();

if (cookies.lenght == 0 || cookies == null)

doStuffForNewbie();

//没有访问过 www.2cto.com

}

else

{

doStuffForReturnVisitor(); //已经访问过了

}

% >

 
这是很浅显易懂的道理，检测COOKIE的存在，如果存在说明已经运行过写入COOKIE的代码了，然而运行以上的代码后，无论何时结果都是执行doStuffForReturnVisitor()，通过控制面板-Internet选项-设置-察看文件却始终看不到生成的cookie文件，奇怪，代码明明没有问题，不过既然有cookie，那就显示出来看看。
 

cookie[]cookies = request.getCookies();

if (cookies.lenght == 0 || cookies == null)

out.println("Has not visited this website");

}

else

{

for (int i = 0; i < cookie.length; i++)

{

out.println("cookie name:" + cookies[ i ].getName() + "cookie value:" +

cookie[ i ].getValue());

}

}

运行结果:
 
cookie name:JSESSIONID cookie value:KWJHUG6JJM65HS2K6
 
为什么会有cookie呢,大家都知道，http是无状态的协议，客户每次读取web页面时，服务器都打开新的会话，而且服务器也不会自动维护客户的上下文信息，那么要怎么才能实现网上商店中的购物车呢，session就是一种保存上下文信息的机制，它是针对每一个用户的，变量的值保存在服务器端，通过SessionID来区分不同的客户,session是以cookie或URL重写为基础的，默认使用cookie来实现，系统会创造一个名为JSESSIONID的输出cookie，我们叫做session cookie,以区别persistentcookies,也就是我们通常所说的cookie,注意sessioncookie是存储于浏览器内存中的，并不是写到硬盘上的，这也就是我们刚才看到的JSESSIONID。
 
我们通常情是看不到JSESSIONID的，但是当我们把浏览器的cookie禁止后，web服务器会采用URL重写的方式传递Sessionid，我们就可以在地址栏看到sessionid=KWJHUG6JJM65HS2K6之类的字符串。
 
明白了原理，我们就可以很容易的分辨出persistent cookies和sessioncookie的区别了，网上那些关于两者安全性的讨论也就一目了然了，session cookie针对某一次会话而言，会话结束sessioncookie也就随着消失了，而persistentcookie只是存在于客户端硬盘上的一段文本（通常是加密的），而且可能会遭到cookie欺骗以及针对cookie的跨站脚本攻击，自然不如session cookie安全了。
 
通常sessioncookie是不能跨窗口使用的，当你新开了一个浏览器窗口进入相同页面时，系统会赋予你一个新的sessionid，这样我们信息共享的目的就达不到了，此时我们可以先把sessionid保存在persistentcookie中，然后在新窗口中读出来，就可以得到上一个窗口SessionID了，这样通过session cookie和persistentcookie的结合我们就实现了跨窗口的session tracking（会话跟踪）。
 
在一些web开发的书中，往往只是简单的把Session和cookie作为两种并列的http传送信息的方式，sessioncookies位于服务器端，persistentcookie位于客户端，可是session又是以cookie为基础的，明白的两者之间的联系和区别，我们就不难选择合适的技术来开发webservice了、