深入剖析Tomcat会话机制

1缓存机制

Tomcat默认将Session保存到内存中。但同时，Tomcat也提供了PersistentManager配合不同的Store实现的方式，使Session可以被保存到不同地方(Database,Redis,Memcached等)。

例如下面的配置：

         <ManagerclassName="org.apache.catalina.session.PersistentManager"
                   debug="0"
                   saveOnRestart="true"
                   maxActiveSession="-1"
                   minIdleSwap="0"
                   maxIdleSwap="0"
                   maxIdleBackup="-1">
                   <StoreclassName="com.cdai.test.RedisStore" host="192.168.1.1"port="6379"/>
         </Manager>

通过PersistentManager配合RedisStore，实现了Session存储到Redis中。但要注意的是：切换Manager和Store实现都不会让Session全部保存到其他位置。

Tomcat只是在下面三种情况会将Session通过Store保存起来：

Ø  当Session的空闲时间超过minIdleSwap和maxIdleSwap时，会将Session换出

Ø  当Session的空闲时间超过maxIdleBackup时，会将Session备份出去

Ø  当Session总数大于maxActiveSession时，会将超出部分的空闲Session换出

所以只是简单地切换Manager和Store的实现，并不能使Tomcat把Session都保存到我们想要的地方。Tomcat还是会把内存当做Session的主存储器，我们配置的Store只是作为辅助存储器。 下面先来深入研究下Tomcat源码来研究下Session管理机制，最后我们再看下如何能达到我们想要的效果。

2深入源码

2.1使用Session

下面以一个使用Session的Servlet为切入点，开始分析Tomcat源码。

public class LoginServletextends HttpServlet {

    private static int i = 0;

    @Override
    protected void service(HttpServletRequestreq, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        HttpSession session =req.getSession(true);
        System.out.println(session.getAttribute("cdai"));
        session.setAttribute("cdai","helloworld" + i++);
    }

}

默认配置下，我们通过HttpServletRequest得到的HttpSession实现是StandardSession。设置属性时，只是把属性值保存到StandardSession的一个Map中。

2.2后台线程

在Tomcat 6中所有后台线程的调度都是在ContainerBase.backgroundProcess()中统一处理的。

    public void backgroundProcess() {

        if (!started)
            return;

        if (cluster != null) {
            try {
                cluster.backgroundProcess();
            } catch (Exception e) {
               log.warn(sm.getString("containerBase.backgroundProcess.cluster",cluster), e);
            }
        }
        if (loader != null) {
            try {
                loader.backgroundProcess();
            } catch (Exception e) {
               log.warn(sm.getString("containerBase.backgroundProcess.loader",loader), e);
            }
        }
        if (manager != null) {
            try {
                manager.backgroundProcess();
            } catch (Exception e) {
               log.warn(sm.getString("containerBase.backgroundProcess.manager",manager), e);
            }
        }
        if (realm != null) {
            try {
                realm.backgroundProcess();
            } catch (Exception e) {
               log.warn(sm.getString("containerBase.backgroundProcess.realm",realm), e);
            }
        }
        Valve current = pipeline.getFirst();
        while (current != null) {
            try {
                current.backgroundProcess();
            } catch (Exception e) {
               log.warn(sm.getString("containerBase.backgroundProcess.valve",current), e);
            }
            current = current.getNext();
        }
       lifecycle.fireLifecycleEvent(Lifecycle.PERIODIC_EVENT, null);
    }

上面源码中我们关心的是manager.backgroundProcess()一行，这是Manager后台处理的入口。

先来看下Manager的类关系：

ManagerBase 实现了Manager接口的backgroundProcess()方法。在ManagerBase.backgroundProcess()中调用子类PersistentManagerBase.processExpire()。在processExpire()中会对前面提到的Session被持久化的三种情况进行处理。下面就来看下这三种情况的源码。

2.3换出和备份

先以情况1换出空闲时间过长的Session的源码为例。

    protected void processMaxIdleSwaps() {
        if (!isStarted() || maxIdleSwap < 0)
            return;

        Session sessions[] = findSessions();
        long timeNow =System.currentTimeMillis();

        // Swap out all sessions idle longerthan maxIdleSwap
        if (maxIdleSwap >= 0) {
            for (int i = 0; i <sessions.length; i++) {
                StandardSession session =(StandardSession) sessions[i];
                synchronized (session) {
                    if (!session.isValid())
                        continue;
                    int timeIdle = // Truncate,do not round up
                        (int) ((timeNow -session.getLastAccessedTime()) / 1000L);
                    if (timeIdle > maxIdleSwap && timeIdle> minIdleSwap) {
                        if (session.accessCount!= null &&
                               session.accessCount.get() > 0) {
                                // Session iscurrently being accessed - skip it
                                continue;
                            }
                        if(log.isDebugEnabled())
                           log.debug(sm.getString
                               ("persistentManager.swapMaxIdle",
                                 session.getIdInternal(), newInteger(timeIdle)));
                        try {
                            swapOut(session);
                        } catch (IOException e){
                            ;   // This is logged in writeSession()
                        }
                    }
                }
            }
        }

}

    protected void swapOut(Session session)throws IOException {
        if (store == null ||!session.isValid()) {
            return;
        }

        ((StandardSession)session).passivate();
        writeSession(session);
        super.remove(session);
        session.recycle();
    }

    protected void writeSession(Sessionsession) throws IOException {
        if (store == null || !session.isValid()){
            return;
        }

        try {
            if(SecurityUtil.isPackageProtectionEnabled()){
                try{
                    AccessController.doPrivileged(newPrivilegedStoreSave(session));
                }catch(PrivilegedActionExceptionex){
                    Exception exception =ex.getException();
                    log.error("Exceptionin the Store during writeSession: "
                              + exception);
                   exception.printStackTrace();
                }
            } else {
                 store.save(session);
            }
        } catch (IOException e) {
            log.error(sm.getString
                ("persistentManager.serializeError",session.getIdInternal(), e));
            throw e;
        }
    }

    private class PrivilegedStoreSave implementsPrivilegedExceptionAction {
        private Session session;   

        PrivilegedStoreSave(Session session){
            this.session = session;
        }

        public Object run() throws Exception{
           store.save(session);
           return null;
        }
    }

processMaxIdleSwaps()会将每个Session的空闲时间与minIdleSwap和maxIdleSwap比较，然后调用swapOut()将Session换出。在swapOut()中，通过PrivilegedStoreSave类调用store的save()方法将session保存到不同的地方。

另外两种情况的处理与processMaxIdleSwaps()类似。处理方法为：processMaxIdleBackups()和processMaxActiveSwaps()。

3切换方案

3.1简单方案

一种简单方法是依旧使用Tomcat提供的PersistentManager，自己实现Store类。之后通过调整Manager参数让Tomcat尽快把Session换出，例如开篇那段配置中，将min/maxIdleSwap设置为0。这种方法的缺点是Servlet设置Session属性，并且请求结束后，可能很大延迟后Session才会被换出。

3.2最终方案

下面来看下开源tomcat-redis-session-manager实现的源码，分析一下如何能完美切换。

这是tomcat-redis-session-manager官方提供的配置：

<ValveclassName="com.radiadesign.catalina.session.RedisSessionHandlerValve"/>

<ManagerclassName="com.radiadesign.catalina.session.RedisSessionManager"

host="localhost" <!-- optional: defaults to"localhost" -->

port="6379" <!-- optional: defaults to "6379"-->

database="0" <!-- optional: defaults to "0"-->

maxInactiveInterval="60" <!-- optional: defaults to"60" (in seconds) --> />

可以看到除了自定义了Manager，它还提供了一个Valve实现。在Tomcat中，请求被Servlet处理前是要经过管道中的许多Valve对象处理的，类似于Struts2中的Interceptor。

public classRedisSessionHandlerValve extends ValveBase {
  private final Log log =LogFactory.getLog(RedisSessionManager.class);
  private RedisSessionManager manager;

  public voidsetRedisSessionManager(RedisSessionManager manager) {
    this.manager = manager;
  }

  @Override
  public void invoke(Request request, Responseresponse) throws IOException, ServletException {
    try {
      getNext().invoke(request, response);
    } finally {
      final Session session =request.getSessionInternal(false);
      storeOrRemoveSession(session);
      manager.afterRequest();
    }
  }

  private void storeOrRemoveSession(Sessionsession) {
    try {
      if (session != null) {
        if (session.isValid()) {
          log.trace("Request with sessioncompleted, saving session " + session.getId());
          if (session.getSession() != null) {
            log.trace("HTTP Sessionpresent, saving " + session.getId());
            manager.save(session);
          } else {
            log.trace("No HTTP Sessionpresent, Not saving " + session.getId());
          }
        } else {
          log.trace("HTTP Session has beeninvalidated, removing :" + session.getId());
          manager.remove(session);
        }
      }
    } catch (Exception e) {
      // Do nothing.
    }
  }
}

RedisSessionHandlerValve的处理逻辑很简单：调用getNext().invoke(request,response)使后续Valve继续处理请求。在storeOrRemoveSession()中直接调用manager.save()，而不是像之前等待Tomcat调度。

RedisSessionManager.save()实现也很简单，将Session序列化后使用Jedis保存到Redis中。

  public void save(Session session) throwsIOException {
    Jedis jedis = null;
    Boolean error = true;

    try {
      log.trace("Saving session " +session + " into Redis");

      RedisSession redisSession =(RedisSession) session;

      if (log.isTraceEnabled()) {
        log.trace("Session Contents[" + redisSession.getId() + "]:");
        Enumeration en =redisSession.getAttributeNames();
        while(en.hasMoreElements()) {
          log.trace("  " + en.nextElement());
        }
      }

      Boolean sessionIsDirty =redisSession.isDirty();

      redisSession.resetDirtyTracking();
      byte[] binaryId =redisSession.getId().getBytes();

      jedis = acquireConnection();

      Boolean isCurrentSessionPersisted =this.currentSessionIsPersisted.get();
      if (sessionIsDirty ||(isCurrentSessionPersisted == null || !isCurrentSessionPersisted)) {
        jedis.set(binaryId, serializer.serializeFrom(redisSession));
      }

      currentSessionIsPersisted.set(true);

      log.trace("Setting expire timeout onsession [" + redisSession.getId() + "] to " +getMaxInactiveInterval());
      jedis.expire(binaryId,getMaxInactiveInterval());

      error = false;
    } catch (IOException e) {
      log.error(e.getMessage());

      throw e;
    } finally {
      if (jedis != null) {
        returnConnection(jedis, error);
      }
    }
  }

参考资料

1 tomcat-redis-session-manager官网

https://github.com/jcoleman/tomcat-redis-session-manager

2《深入剖析Tomcat》