Tomcat的Session管理机制

>>Session和Cookie请求的过程

Http连接本身是无状态的，即前一次发起的连接跟后一次没有任何关系，是属于两次独立的连接请求，
但是互联网访问基本上都是需要有状态的，即服务器需要知道两次连接请求是不是同一个人访问的。
JSESSIONID是一个唯一标识号，用来标识服务器端的Session，也用来标识客户端的Cookie，客户端和服务器端通过这个JSESSIONID来一一对应。
客户端第一次请求到服务器连接，这个连接是没有附带任何东西的，没有Cookie，没有JSESSIONID。

服务器端接收到请求后，会检查这次请求有没有传过来JSESSIONID或者Cookie，如果没有JSESSIONID和Cookie，则服务器端会创建一个Session，

并生成一个与该Session相关联的JSESSIONID返回给客户端，客户端会保存这个JSESSIONID，并生成一个与该JSESSIONID关联的Cookie。
第二次请求的时候，会把该Cookie（包含JSESSIONID）一起发送给服务器端，

这次服务器发现这个请求有了Cookie，便从中取出JSESSIONID，然后根据这个JSESSIONID找到对应的Session，这样便把Http的无状态连接变成了有状态的连接。
但是有时候浏览器（即客户端）会禁用Cookie，我们知道Cookie是通过Http的请求头部的一个cookie字段传过去的，

如果禁用，那么便得不到这个值，JSESSIONID便不能通过Cookie传入服务器端。
这时可以通过url重写和隐藏表单，url重写就是把JSESSIONID附带在url后面传过去。隐藏表单是在表单提交的时候传入一个隐藏字段JSESSIONID。

>>session的管理机制（转自 tomcat架构分析 (Session管理)）

Session管理主要涉及到这几个方面：

创建session
注销session
持久化及启动加载session

Tomcat通过每个context容器内的一个Manager对象来管理session。
这个manager对象可以根据tomcat提供的接口或基类来自己定制，也可以使用Tomcat的标准实现。
Tomcat中的session管理主要在org.apache.catalina.session包中实现。

1.创建session

在具体说明session的创建过程之前，先看一下BS访问模型吧，这样理解直观一点。

browser发送Http request；
tomcat内核Http11Processor会从HTTP request中解析出“jsessionid”(具体的解析过程为先从request的URL中解析，这是为了有的浏览器把cookie功能禁止后，将URL重写考虑的，如果解析不出来，再从cookie中解析相应的jsessionid)，解析完后封装成一个request对象(当然还有其他的http header)；
servlet中获取session，其过程是根据刚才解析得到的jsessionid(如果有的话)，从session池(session maps)中获取相应的session对象；这个地方有个逻辑，就是如果jsessionid为空的话(或者没有其对应的session对象，或者有session对象，但此对象已经过期超时)，可以选择创建一个session，或者不创建；
如果创建新session，则将session放入session池中，同时将与其相对应的jsessionid写入cookie通过Http response header的方式发送给browser，然后重复第一步。

以上是session的获取及创建过程。在servlet中获取session，通常是调用request的getSession方法。这个方法需要传入一个boolean参数，这个参数就是实现刚才说的，当jsessionid为空或从session池中获取不到相应的session对象时，选择创建一个新的session还是不创建。
看一下核心代码逻辑；

protected Session doGetSession(boolean create) { 

……
// 先获取所在context的manager对象
Manager manager = null;
if (context != null)
manager = context.getManager();
if (manager == null)
return (null); // Sessions are not supported 

//这个requestedSessionId就是从Http request中解析出来的
if (requestedSessionId != null) {
try {
//manager管理的session池中找相应的session对象
session = manager.findSession(requestedSessionId);
} catch (IOException e) {
session = null;
}
//判断session是否为空及是否过期超时
if ((session != null) && !session.isValid())
session = null;
if (session != null) {
//session对象有效，记录此次访问时间
session.access();
return (session);
}
} 

// 如果参数是false，则不创建新session对象了，直接退出了
if (!create)
return (null);
if ((context != null) && (response != null) &&
context.getCookies() &&
response.getResponse().isCommitted()) {
throw new IllegalStateException
(sm.getString("coyoteRequest.sessionCreateCommitted"));
} 

// 开始创建新session对象
if (connector.getEmptySessionPath()
&& isRequestedSessionIdFromCookie()) {
session = manager.createSession(getRequestedSessionId());
} else {
session = manager.createSession(null);
} 

// 将新session的jsessionid写入cookie，传给browser
if ((session != null) && (getContext() != null)
&& getContext().getCookies()) {
Cookie cookie = new Cookie(Globals.SESSION_COOKIE_NAME,
session.getIdInternal());
configureSessionCookie(cookie);
response.addCookieInternal(cookie);
}
//记录session最新访问时间
if (session != null) {
session.access();
return (session);
} else {
return (null);
}
}

尽管不能贴出所有代码，但是上述的核心逻辑还是很清晰的。从中也可以看出，我们经常在servlet中这两种调用方式的不同；

新创建session
request.getSession(); 或者request.getSession(true);

不创建session
request.getSession(false);

接下来，看一下StandardManager的createSession方法，了解一下session的创建过程；

public Session createSession(String sessionId) {
是个session数量控制逻辑，超过上限则抛异常退出
if ((maxActiveSessions >= 0) &&
(sessions.size() >= maxActiveSessions)) {
rejectedSessions++;
throw new IllegalStateException
(sm.getString("standardManager.createSession.ise"));
}
return (super.createSession(sessionId));
}

　　

这个最大支持session数量maxActiveSessions是可以配置的，先不管这个安全控制逻辑，看其主逻辑，即调用其基类的createSession方法；

public Session createSession(String sessionId) { 

// 创建一个新的StandardSession对象
Session session = createEmptySession(); 

// Initialize the properties of the new session and return it
session.setNew(true);
session.setValid(true);
session.setCreationTime(System.currentTimeMillis());
session.setMaxInactiveInterval(this.maxInactiveInterval);
if (sessionId == null) {
//设置jsessionid
sessionId = generateSessionId();
}
session.setId(sessionId);
sessionCounter++;
return (session);
}

　　

关键是jsessionid的产生过程，接着看generateSessionId方法；

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();
//注意这个do…while结构
} while (sessions.containsKey(result));
return (result);
}

　　

这里主要说明的不是生成jsessionid的算法了，而是这个do…while结构。把这个逻辑抽象出来，可以看出；

如图所示，创建jsessionid的方式是由tomcat内置的加密算法算出一个随机的jsessionid，如果此jsessionid已经存在，则重新计算一个新的，直到确保现在计算的jsessionid唯一。

好了，至此一个session就这么创建了，像上面所说的，返回时是将jsessionid以HTTP response的header：“Set-cookie”发给客户端。

2.注销session

主动注销

Session创建完之后，不会一直存在，或是主动注销，或是超时清除。即是出于安全考虑也是为了节省内存空间等。

例如，常见场景：用户登出系统时，会主动触发注销操作。
主动注销时，是调用标准的servlet接口：

session.invalidate();

看一下tomcat提供的标准session实现(StandardSession)

public void invalidate() {
if (!isValidInternal())
throw new IllegalStateException
(sm.getString("standardSession.invalidate.ise"));
// 明显的注销方法
expire();
}

　　

Expire方法的逻辑稍后再说，先看看超时注销，因为它们调用的是同一个expire方法。

超时注销

Tomcat定义了一个最大空闲超时时间，也就是说当session没有被操作超过这个最大空闲时间时间时，再次操作这个session，这个session就会触发expire。
这个方法封装在StandardSession中的isValid()方法内，这个方法在获取这个request请求对应的session对象时调用，可以参看上面说的创建session环节。

也就是说，获取session的逻辑是，先从manager控制的session池中获取对应jsessionid的session对象，如果获取到，就再判断是否超时，如果超时，就expire这个session了。 
看一下tomcat提供的标准session实现(StandardSession)

public boolean isValid() {
……
//这就是判断距离上次访问是否超时的过程
if (maxInactiveInterval >= 0) {
long timeNow = System.currentTimeMillis();
int timeIdle = (int) ((timeNow - thisAccessedTime) / 1000L);
if (timeIdle >= maxInactiveInterval) {
expire(true);
}
}
return (this.isValid);
}

Expire方法
是时候来看看expire方法了。

public void expire(boolean notify) { 

synchronized (this) {
......
//设立标志位
setValid(false); 

//计算一些统计值，例如此manager下所有session平均存活时间等
long timeNow = System.currentTimeMillis();
int timeAlive = (int) ((timeNow - creationTime)/1000);
synchronized (manager) {
if (timeAlive > manager.getSessionMaxAliveTime()) {
manager.setSessionMaxAliveTime(timeAlive);
}
int numExpired = manager.getExpiredSessions();
numExpired++;
manager.setExpiredSessions(numExpired);
int average = manager.getSessionAverageAliveTime();
average = ((average * (numExpired-1)) + timeAlive)/numExpired;
manager.setSessionAverageAliveTime(average);
} 

// 将此session从manager对象的session池中删除
manager.remove(this);
......
}
}

不需要解释，已经很清晰了。

这个超时时间是可以配置的，缺省在tomcat的全局web.xml下配置，也可在各个app下的web.xml自行定义；

<session-config>
<session-timeout>30</session-timeout>
</session-config>　

单位是分钟。

3.Session持久化及启动初始化

这个功能主要是，当tomcat执行安全退出时(通过执行shutdown脚本)，会将session持久化到本地文件，通常在tomcat的部署目录下有个session.ser文件。

当启动tomcat时，会从这个文件读入session，并添加到manager的session池中去。

这样，当tomcat正常重启时， session没有丢失，对于用户而言，体会不到重启，不影响用户体验。

看一下概念图吧，觉得不是重要实现逻辑，代码就不说了。

由此可以看出，session的管理是容器层做的事情，应用层一般不会参与session的管理，也就是说，如果在应用层获取到相应的session，已经是由tomcat提供的，

因此如果过多的依赖session机制来进行一些操作，例如访问控制，安全登录等就不是十分的安全，因为如果有人能得到正在使用的jsessionid，则就可以侵入系统。