Flask中session实现原理

前言

flask_session是flask框架实现session功能的一个插件，用来替代flask自带的session实现机制，flask默认的session信息保存在cookie中，不够安全和灵活。

flask的session机制

session是用来干什么的呢？由于http协议是一个无状态的协议，也就是说同一个用户第一次请求和第二次请求是完全没有关系的，但是现在的网站基本上有登录使用的功能，这就要求必须实现有状态，而session机制实现的就是这个功能。

实现的原理:

用户第一次请求后，将产生的状态信息保存在session中，这时可以把session当做一个容器，它保存了正在使用的所有用户的状态信息；这段状态信息分配了一个唯一的标识符用来标识用户的身份，将其保存在响应对象的cookie中；当第二次请求时，解析cookie中的标识符，拿到标识符后去session找到对应的用户的信息。

简单使用

from flask import Flask,session
app = Flask(__name__)
@app.route('/test1/')
def test():
    session.setdefault('name', 'xiaoming')
    return 'OK'
if __name__ == '__main__':
    app.run(host='127.0.0.1', port=80, debug=True)

在flask中，如果我们想要获取session信息，直接通过flask的session获取就可以了，这是因为session是一个代理对象，代理当前请求上下文的session属性。

session源码分析

依据上述session的原理，来分析一下flask框架的session机制实现的过程。

Flask对象使用open_session方法和save_session方法打开和保存会话信息,请求在创建请求上下文后会调用open_session方法获取用户的信息，在执行完处理逻辑后会调用save_session方法保存用户的信息。

• open_session和save_session

def open_session(self, request):
    # 调用了app的session_interface对象的方法
    return self.session_interface.open_session(self, request)

def save_session(self, session, response):
    return self.session_interface.save_session(self, session, response)

app对象默认的session_interface = SecureCookieSessionInterface(),SecureCookieSessionInterface重写了SessionInterface对象的open_session方法和save_session方法。

class SecureCookieSessionInterface(SessionInterface):
    pass

    def open_session(self, app, request):
        # 检测是否设置了secret_key参数，返回一个签名对象
        s = self.get_signing_serializer(app)
        if s is None:
            return None
        # 去cookie中获取session信息
        val = request.cookies.get(app.session_cookie_name)
        # 如果是第一次请求，返回一个空的SecureCookieSession对象，会被交给请求上下文的session属性管理
        if not val:
            return self.session_class()
        # 获取session的失效时间
        max_age = total_seconds(app.permanent_session_lifetime)
        try:
            # 对session信息进行解码得到用户信息
            data = s.loads(val, max_age=max_age)
            # 返回有用户信息的session对象
            return self.session_class(data)
        except BadSignature:
            return self.session_class()

    def save_session(self, app, session, response):
        # 获取cookie设置的域
        domain = self.get_cookie_domain(app)
        # 获取cookie设置的路径
        path = self.get_cookie_path(app)
        ...

        # 检测SESSION_REFRESH_EACH_REQUEST参数配置
        if not self.should_set_cookie(app, session):
            return
        # 返回SESSION_COOKIE_HTTPONLY参数配置
        httponly = self.get_cookie_httponly(app)
        # 返回SESSION_COOKIE_SECURE参数配置
        secure = self.get_cookie_secure(app)
        # 返回失效的时间点
        expires = self.get_expiration_time(app, session)
        #将用户的数据加密
        val = self.get_signing_serializer(app).dumps(dict(session))
        # 设置cookie
        response.set_cookie(app.session_cookie_name, val,
                            expires=expires, httponly=httponly,
                            domain=domain, path=path, secure=secure)

请求上下文RequestContext的session属性是一个SecureCookieSession对象，可以将其看做一个字典；

相关的配置参数

SESSION_COOKIE_NAME:设置返回给客户端的cookie的名称，默认是“session”;放置在response的头部；

SESSION_COOKIE_DOMAIN:设置会话的域，默认是当前的服务器，因为Session是一个全局的变量，可能应用在多个app中；

SESSION_COOKIE_PATH:设置会话的路径，即哪些路由下应该设置cookie，如果不设置，那么默认为‘/’，所有的路由都会设置cookie；这个参数和SESSION_COOKIE_DOMAIN是互斥的

SERVER_NAME:设置服务器的名字，一般不用；

SESSION_COOKIE_SECURE：如果 cookie 标记为“ secure ”，那么浏览器只会使用基于 HTTPS 的请求发 送 cookie，应用必须使用 HTTPS 服务来启用本变量，默认False

APPLICATION_ROOT：设置应用的根路径；

SESSION_REFRESH_EACH_REQUEST:是否应该为每一个请求设置cookie，默认为True，如果为False则必须显性调用set_cookie函数；

SESSION_COOKIE_HTTPONLY：cookie应该和httponly标志一起设置，默认为True，这个一般采用默认。

PERMANENT_SESSION_LIFETIME：设置session的有效期，即cookie的失效时间，单位是s。这个参数很重要，因为默认会话是永久性的。

SESSION_COOKIE_HTTPONLY：默认为true，表示允许js脚本访问cookie；

小结

flask默认通过SecureCookieSessionInterface对象管理session，其重写了SessionInterface对象的open_session方法和save_session方法，将用户的数据加密后存储在cookie中。

自定义session存储

通过分析flask的session实现机制，一般认为将session信息放在cookie中不够保险，那么我们可以实现自己的session机制，思路是创建一个类继承SessionInterface，然后重写open_session方法和save_session方法，再使用我们的类替换app的session_interface属性即可。

比如我要将session信息保存在一个session.json中。

第一步：设置必要的配置参数

# 配置session存放的路径
MY_SESSION_PATH = '\session.json'
'SESSION_TYPE' = 'file'
# 配置默认的seesion的配置参数
SECRET_KEY = '123'
SESSION_USE_SIGNER = True
# session的有效期，单位：秒
PERMANENT_SESSION_LIFETIME = 7200 

第二步：创建自己的SessionInterface的子类

from flask.sessions import *
try:
    import cPickle as pickle
except ImportError:
    import pickle

import json
from uuid import uuid4
import time

# 我们需要自定义一个Session对象用来存储用户的信息，它使用一个唯一的id标识，模仿SecureCookieSession的实现方法
class SecureFileSession(CallbackDict, SessionMixin):
    def __init__(self, initial=None, sid=None, permanent=None):
        def on_update(self):
            self.modified = True
        CallbackDict.__init__(self, initial, on_update)
        self.sid = sid  # session的标识
        if permanent:
            self.permanent = permanent  # 失效时间
        self.modified = False

# 我们使用uuid作为签名，省略校验过程
class NewSessionInterface(SessionInterface):

    def _generate_sid(self):
        return str(uuid4())

class JsonFileSessionInterface(NewSessionInterface):
    # 用来序列化的包
    serializer = pickle
    session_class = SecureFileSession

    def __init__(self, app=None):
        self.app = app
        if app is not None:
            self.init_app(app)

    def init_app(self, app):
        """
        替换app的session_interface属性
        :param app:
        :return:
        """
        app.session_interface = self._get_interface(app)

    def _get_interface(self, app):
        """
        加载配置参数返回本身,必须配置'SESSION_TYPE'和'MY_SESSION_PATH'参数，否则使用默认的session
        :param app:
        :return:
        """
        config = app.config.copy()
        if config['SESSION_TYPE'] == 'file':
            if not config['MY_SESSION_PATH']:
                return SecureCookieSessionInterface()
            self.path = app.static_folder + config['MY_SESSION_PATH']  # session文件路径
            self.permanent = total_seconds(app.permanent_session_lifetime)  # 失效时间
            return self
        return SecureCookieSessionInterface()

    def open_session(self, app, request):
        """
        从文件中获取session数据
        :param app:
        :param request:
        :return:
        """
        # 获取session签名
        sid = request.cookies.get(app.session_cookie_name)
        permanent = int(time.time()) + self.permanent
        # 如果没有说明是第一次访问，返回空session对象
        if not sid:
            # 获取一个uuid
            sid = self._generate_sid()
            return self.session_class(sid=sid, permanent=permanent)

        with open(self.path, 'r', encoding='utf-8') as f:
            v = f.read()
            # 如果session为空，返回空session对象
            if not v:
                return self.session_class(sid=sid, permanent=permanent)
            try:
                val = json.loads(v)
            except ValueError as e:
                print('配置参数错误：{}'.format(e))
                return self.session_class(sid=sid, permanent=permanent)
            else:
                self.val = val
                # 通过sid获取信息
                data = val.get(sid)
                if not data:
                    return self.session_class(sid=sid, permanent=permanent)
                # 判断以前的信息是否超时
                if permanent - int(data['permanent']) > self.permanent:
                    return self.session_class(sid=sid, permanent=permanent)
                return self.session_class(data, sid=sid)

    def save_session(self, app, session, response):
        """
        保存session信息
        :param app:
        :param session:
        :param response:
        :return:
        """
        # 前面借鉴flask默认的实现方式
        domain = self.get_cookie_domain(app)
        path = self.get_cookie_path(app)
        if not session:
            if session.modified:
                response.delete_cookie(app.session_cookie_name,
                                       domain=domain, path=path)
            return
        if not self.should_set_cookie(app, session):
            return
        httponly = self.get_cookie_httponly(app)
        secure = self.get_cookie_secure(app)
        expires = self.get_expiration_time(app, session)

        # 将session信息保存在文件中
        session.update({'permanent': int(time.time()) + self.permanent})
        if hasattr(self, 'val') and isinstance(self.val, dict):
            self.val.update({session.sid: dict(session)})
        else:
            self.val = {session.sid: dict(session)}

        with open(self.path, 'w', encoding='utf-8') as f:
            result = json.dumps(self.val)
            f.write(result)
            response.set_cookie(app.session_cookie_name, session.sid,
                                expires=expires, httponly=httponly,
                                domain=domain, path=path, secure=secure)

第三步：初始化替换app的session_interface

app = Flask(__name__,template_folder='static/html')
app.config.update({
                   'SECRET_KEY':'123',
                   'SESSION_USE_SIGNER':True,
                    'SESSION_TYPE':'file',
                    'MY_SESSION_PATH':'\session.json'})
from session_file import JsonFileSessionInterface
se = JsonFileSessionInterface(app=app)
if __name__ == '__main__':
    app.run(host='127.0.0.1', port=80, debug=True)

小结

经过上面的三步，我们就可以将自己实现的session对象运用到flask项目中，我们采用的是文件存储session，实际项目中有redis,memcached,mysql等都可以存储session，将它们整合起来，于是flask_session插件就应运而生了。

flask_session扩展

flask_session插件就是官方推荐的session实现插件，整合了redis,memcached,mysql，file,mongodb等多种第三方存储session信息,它的实现原理就是我上面自定义session所做的工作。

安装

pip install Flask-Session

配置参数详解

flask_session初始化后，会从app的配置中读取参数，比较重要的有：

设置session保存的位置，可以有多种配置，
SESSION_TYPE = ‘null’          : 采用flask默认的保存在cookie中；
SESSION_TYPE = ‘redis’         : 保存在redis中
SESSION_TYPE = ‘memcached’     : 保存在memcache
SESSION_TYPE = 'filesystem'      : 保存在文件
SESSION_TYPE = 'mongodb'        : 保存在MongoDB
SESSION_TYPE = 'sqlalchemy'     : 保存在关系型数据库

SESSION_KEY_PREFIX = 'session:' :session存储时的键的前缀
SESSION_USE_SIGNER：是否为cookie设置签名来保护数据不被更改，默认是False；如果设置True,那么必须设置flask的secret_key参数；
SESSION_PERMANENT：是否使用永久会话，默认True，但是如果设置了PERMANENT_SESSION_LIFETIME，则这个失效；

SESSION_REDIS：
如果SESSION_TYPE = ‘redis’，那么设置该参数连接哪个redis，其是一个连接对象；如果不设置的话，默认连接127.0.0.1:6379/0
for example:
SESSION_REDIS = redis.StrictRedis(host="127.0.0.1", port=6390, db=4)

关于其他的保存中间人参考：https://pythonhosted.org/Flask-Session/

一份常用的flask_session的配置

# 指明对session数据进行保护
SECRET_KEY = '123'
SESSION_USE_SIGNER = True
# 指明保存到redis中
SESSION_TYPE = "redis"
SESSION_REDIS = redis.StrictRedis(host="127.0.0.1", port=6390, db=4)
# session的有效期，单位：秒
PERMANENT_SESSION_LIFETIME = 7200 

flask_session的使用流程

 # extensions.py
 # 创建一个session对象
 from flask_session import Session
 # 创建一个Session的实例
session = Session()

# 在app初始化时初始化session对象，即加载配置
# __init__.py
from flask import Flask
app = Flask(__name__)
session.init_app(app=app)

# task.py
from Flask import session

@app.route('/test', methods=['POST'])
def test():
    session.get('user',None)
    return ""