天下事有难易乎?为之,则难者亦易矣;不为,则易者亦难矣。

快醒醒,Cookie + Session 的时代已经过去了

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这篇文章主要在做 Echo 社区项目的时候写的,在保持用户登录态的这个需求下,为啥要用 ThreadLocal 存储用户信息,而不是采用常见的 Cookie + Session。



1

Cookie + Session


由于 HTTP 协议是无状态的,完成操作关闭浏览器后,客户端和服务端的连接就断开了,所以我们必须要有一种机制来保证客户端和服务端之间会话的连续性,常见的,就是使用Cookie + Session(会话) 的方式。


具体来说,当客户端请求服务端的时候,服务端会为此次请求开辟一块内存空间(Session 对象),服务端可以在此存储客户端在该会话期间的一些操作记录(比如用户信息就可以存在 Session 中),同时会生成一个 sessionID ,并通过响应头的Set-Cookie:JSESSIONID=XXXXXXX命令,将 seesionID 存储进客户端的 Cookie 中。另外,关注公号“终码一生”,回复关键词“资料”,获取视频教程和最新的面试资料


可能会有同学问为啥不直接把数据全部存在 Cookie 中,还整个 Session 出来然后把 sessionID 存在 Cookie 中的?


  • Cookie 长度的限制:首先,最基本的,Cookie 是有长度限制的,这限制了它能存储的数据的长度

  • 性能影响:Cookie 确实和 Session 一样可以让服务端程序跟踪每个客户端的访问,但是每次客户端的访问都必须传回这些 Cookie,那如果 Cookie 中存储的数据比较多的话,这无疑增加了客户端与服务端之间的数据传输量,增加了服务器的压力。

  • 安全性:Session 数据其实是属于服务端的数据,而 Cookie 属于客户端,把本应在 Session 中存储的数据放到客户端 Cookie,使得服务端数据延伸到了外部网络及客户端,显然是存在安全性上的问题的。当然我们可以对这些数据做加密,不过从技术来讲物理上不接触才是最安全的。


这样,按照 Cookie + Seesion 的机制,服务端在接到客户端请求的时候,只要去 Cookie 中获取到 sessionID 就能据此拿到 Session 了。Session 存活期间,我们认为客户端一直处于活跃状态(用户处于登录态),一旦 Session 超期过时,那么就可以认为客户端已经停止和服务器进行交互了(用户退出登录)。


如果遇到禁用 Cookie 的情况,一般的做法就是把这个 sessionID 放到 URL 参数中。这也是经常在面试中会被问到的问题。


这种机制在单体应用时代应用非常广泛,但是,随着分布式时代的到来,Session 的缺点也逐渐暴露出来。


举个例子,比如我们有多个服务器,客户端 1 向服务器发送了一个请求,由于负载均衡的存在,该请求被转发给了服务器 A,于是服务器 A 创建并存储了这个 Session



紧接着,客户端 1 又向服务器发送了一个请求,但是这一次请求被负载均衡给了服务器 B,而服务器 B 这时候是没有存储服务器 A 的 Session 的,这就导致 Session 的失效。



明明用户在上一个界面还是登录的,跳到下一个界面就退出登录了,这显然不合理。



2

分布式集群 Session 共享


当然了,对此的解决方法其实也有很多种,其实就是如何解决 Session 在多个服务器之间的共享问题:


Session Replication


这个是最容易想到的,既然服务器 B 没有服务器 A 存储的 Session,那各个服务器之间同步一下 Session 数据不就完了。



这种方案存在的问题也是显而易见的:


  • 同步 Session 数据带来了额外的网络带宽开销。只要 Session 数据有变化,就需要将数据同步到所有其他机器上,机器越多,同步带来的网络带宽开销就越大。


  • 每台Web服务器都要保存所有 Session 数据,如果整个集群的 Session 数据很多(比如很多人同时访问网站的情况),每台服务器用于保存 Session 数据的内存占用会非常严重。


Session Sticky


从名称也能看出来,Sticky,即让负载均衡器能够根据每次的请求的会话标识来进行请求的转发,保证一个会话中的每次请求都能落到同一台服务器上面。



存在问题的:


  • 如果某台服务器宕机或者重启了,那么它上面存储的 Session 数据就丢失了,用户就需要重新进行登陆。


  • 负载均衡器变为一个有状态的节点,因为他需要保存 Session 到具体服务器的映射,和之前无状态的节点相比,内存消耗会更大,容灾方面会更麻烦。


Session 数据集中存储


借助外部存储(Redis、MySQL 等),将 Session 数据进行集中存储,然后所有的服务器都从这个外部存储中拿 Session



存在的问题也很显然:


  • 过度依赖外部存储,如果集中存储 Session 的外部存储机器出问题了,就会直接影响到我们的应用



3

ThreadLocal


事实上,无论采用何种方案,使用 Session 机制,会使得服务器集群很难扩展,因此,Session 适用于中小型 Web 应用程序。对于大型 Web 应用程序来说,通常需要避免使用 Session 机制。


So,在 Echo 项目中,我们决定摒弃 Session,一个 ThreadLocal 解决所有问题(狗头)!






会话(Session)跟踪是Web程序中常用的技术,用来跟踪用户的整个会话。常用的会话跟踪技术是Cookie与Session。Cookie通过在客户端记录信息确定用户身份,Session通过在服务器端记录信息确定用户身份。


本章将系统地讲述Cookie与Session机制,并比较说明什么时候不能用Cookie,什么时候不能用Session。


 


1.1  Cookie机制

在程序中,会话跟踪是很重要的事情。理论上,一个用户的所有请求操作都应该属于同一个会话,而另一个用户的所有请求操作则应该属于另一个会话,二者不能混淆。例如,用户A在超市购买的任何商品都应该放在A的购物车内,不论是用户A什么时间购买的,这都是属于同一个会话的,不能放入用户B或用户C的购物车内,这不属于同一个会话。


而Web应用程序是使用HTTP协议传输数据的。HTTP协议是无状态的协议。一旦数据交换完毕,客户端与服务器端的连接就会关闭,再次交换数据需要建立新的连接。这就意味着服务器无法从连接上跟踪会话。即用户A购买了一件商品放入购物车内,当再次购买商品时服务器已经无法判断该购买行为是属于用户A的会话还是用户B的会话了。要跟踪该会话,必须引入一种机制。


Cookie就是这样的一种机制。它可以弥补HTTP协议无状态的不足。在Session出现之前,基本上所有的网站都采用Cookie来跟踪会话。


 


1.1.1  什么是Cookie

Cookie意为“甜饼”,是由W3C组织提出,最早由Netscape社区发展的一种机制。目前Cookie已经成为标准,所有的主流浏览器如IE、Netscape、Firefox、Opera等都支持Cookie。


由于HTTP是一种无状态的协议,服务器单从网络连接上无从知道客户身份。怎么办呢?就给客户端们颁发一个通行证吧,每人一个,无论谁访问都必须携带自己通行证。这样服务器就能从通行证上确认客户身份了。这就是Cookie的工作原理。


Cookie实际上是一小段的文本信息。客户端请求服务器,如果服务器需要记录该用户状态,就使用response向客户端浏览器颁发一个Cookie。客户端浏览器会把Cookie保存起来。当浏览器再请求该网站时,浏览器把请求的网址连同该Cookie一同提交给服务器。服务器检查该Cookie,以此来辨认用户状态。服务器还可以根据需要修改Cookie的内容。



 


查看某个网站颁发的Cookie很简单。在浏览器地址栏输入javascript:alert (document. cookie)就可以了(需要有网才能查看)。JavaScript脚本会弹出一个对话框显示本网站颁发的所有Cookie的内容,如图1.1所示。




图1.1  Baidu网站颁发的Cookie


 


图1.1中弹出的对话框中显示的为Baidu网站的Cookie。其中第一行BAIDUID记录的就是笔者的身份helloweenvsfei,只是Baidu使用特殊的方法将Cookie信息加密了。


 


注意:Cookie功能需要浏览器的支持。


如果浏览器不支持Cookie(如大部分手机中的浏览器)或者把Cookie禁用了,Cookie功能就会失效。


不同的浏览器采用不同的方式保存Cookie。


IE浏览器会在“C:Documents and Settings你的用户名Cookies”文件夹下以文本文件形式保存,一个文本文件保存一个Cookie。


 


1.1.2  记录用户访问次数

Java中把Cookie封装成了javax.servlet.http.Cookie类。每个Cookie都是该Cookie类的对象。服务器通过操作Cookie类对象对客户端Cookie进行操作。通过request.getCookie()获取客户端提交的所有Cookie(以Cookie[]数组形式返回),通过response.addCookie(Cookiecookie)向客户端设置Cookie。


Cookie对象使用key-value属性对的形式保存用户状态,一个Cookie对象保存一个属性对,一个request或者response同时使用多个Cookie。因为Cookie类位于包javax.servlet.http.*下面,所以JSP中不需要import该类。


 


1.1.3  Cookie的不可跨域名性

很多网站都会使用Cookie。例如,Google会向客户端颁发Cookie,Baidu也会向客户端颁发Cookie。那浏览器访问Google会不会也携带上Baidu颁发的Cookie呢?或者Google能不能修改Baidu颁发的Cookie呢?


答案是否定的。Cookie具有不可跨域名性。根据Cookie规范,浏览器访问Google只会携带Google的Cookie,而不会携带Baidu的Cookie。Google也只能操作Google的Cookie,而不能操作Baidu的Cookie。


Cookie在客户端是由浏览器来管理的。浏览器能够保证Google只会操作Google的Cookie而不会操作Baidu的Cookie,从而保证用户的隐私安全。浏览器判断一个网站是否能操作另一个网站Cookie的依据是域名。Google与Baidu的域名不一样,因此Google不能操作Baidu的Cookie。


需要注意的是,虽然网站images.google.com与网站www.google.com同属于Google,但是域名不一样,二者同样不能互相操作彼此的Cookie。


 


注意:用户登录网站www.google.com之后会发现访问images.google.com时登录信息仍然有效,而普通的Cookie是做不到的。这是因为Google做了特殊处理。本章后面也会对Cookie做类似的处理。


 


1.1.4  Unicode编码:保存中文

中文与英文字符不同,中文属于Unicode字符,在内存中占4个字符,而英文属于ASCII字符,内存中只占2个字节。Cookie中使用Unicode字符时需要对Unicode字符进行编码,否则会乱码。


 


提示:Cookie中保存中文只能编码。一般使用UTF-8编码即可。不推荐使用GBK等中文编码,因为浏览器不一定支持,而且JavaScript也不支持GBK编码。


 


1.1.5  BASE64编码:保存二进制图片

Cookie不仅可以使用ASCII字符与Unicode字符,还可以使用二进制数据。例如在Cookie中使用数字证书,提供安全度。使用二进制数据时也需要进行编码。


注意:本程序仅用于展示Cookie中可以存储二进制内容,并不实用。由于浏览器每次请求服务器都会携带Cookie,因此Cookie内容不宜过多,否则影响速度。Cookie的内容应该少而精。


 


1.1.6  设置Cookie的所有属性

除了name与value之外,Cookie还具有其他几个常用的属性。每个属性对应一个getter方法与一个setter方法。Cookie类的所有属性如表1.1所示。


表1.1  Cookie常用属性


属  性  名


描    述


String name


该Cookie的名称。Cookie一旦创建,名称便不可更改


Object value


该Cookie的值。如果值为Unicode字符,需要为字符编码。如果值为二进制数据,则需要使用BASE64编码


int maxAge


该Cookie失效的时间,单位秒。如果为正数,则该Cookie在maxAge秒之后失效。如果为负数,该Cookie为临时Cookie,关闭浏览器即失效,浏览器也不会以任何形式保存该Cookie。如果为0,表示删除该Cookie。默认为–1


boolean secure


该Cookie是否仅被使用安全协议传输。安全协议。安全协议有HTTPS,SSL等,在网络上传输数据之前先将数据加密。默认为false


String path


该Cookie的使用路径。如果设置为“/sessionWeb/”,则只有contextPath为“/sessionWeb”的程序可以访问该Cookie。如果设置为“/”,则本域名下contextPath都可以访问该Cookie。注意最后一个字符必须为“/”


String domain


可以访问该Cookie的域名。如果设置为“.google.com”,则所有以“google.com”结尾的域名都可以访问该Cookie。注意第一个字符必须为“.”


String comment


该Cookie的用处说明。浏览器显示Cookie信息的时候显示该说明


int version


该Cookie使用的版本号。0表示遵循Netscape的Cookie规范,1表示遵循W3C的RFC 2109规范


 


1.1.7  Cookie的有效期

Cookie的maxAge决定着Cookie的有效期,单位为秒(Second)。Cookie中通过getMaxAge()方法与setMaxAge(int maxAge)方法来读写maxAge属性。


如果maxAge属性为正数,则表示该Cookie会在maxAge秒之后自动失效。浏览器会将maxAge为正数的Cookie持久化,即写到对应的Cookie文件中。无论客户关闭了浏览器还是电脑,只要还在maxAge秒之前,登录网站时该Cookie仍然有效。下面代码中的Cookie信息将永远有效。


 


Cookie cookie = new Cookie(“username”,”helloweenvsfei”);   // 新建Cookie


cookie.setMaxAge(Integer.MAX_VALUE);           // 设置生命周期为MAX_VALUE


response.addCookie(cookie);                    // 输出到客户端

 


 


如果maxAge为负数,则表示该Cookie仅在本浏览器窗口以及本窗口打开的子窗口内有效,关闭窗口后该Cookie即失效。maxAge为负数的Cookie,为临时性Cookie,不会被持久化,不会被写到Cookie文件中。Cookie信息保存在浏览器内存中,因此关闭浏览器该Cookie就消失了。Cookie默认的maxAge值为–1。


如果maxAge为0,则表示删除该Cookie。Cookie机制没有提供删除Cookie的方法,因此通过设置该Cookie即时失效实现删除Cookie的效果。失效的Cookie会被浏览器从Cookie文件或者内存中删除,


例如:


 


Cookie cookie = new Cookie(“username”,”helloweenvsfei”);   // 新建Cookie


cookie.setMaxAge(0);                          // 设置生命周期为0,不能为负数


response.addCookie(cookie);                    // 必须执行这一句

 


response对象提供的Cookie操作方法只有一个添加操作add(Cookie cookie)。


要想修改Cookie只能使用一个同名的Cookie来覆盖原来的Cookie,达到修改的目的。删除时只需要把maxAge修改为0即可。


 


注意:从客户端读取Cookie时,包括maxAge在内的其他属性都是不可读的,也不会被提交。浏览器提交Cookie时只会提交name与value属性。maxAge属性只被浏览器用来判断Cookie是否过期。


 


1.1.8  Cookie的修改、删除

Cookie并不提供修改、删除操作。如果要修改某个Cookie,只需要新建一个同名的Cookie,添加到response中覆盖原来的Cookie。


如果要删除某个Cookie,只需要新建一个同名的Cookie,并将maxAge设置为0,并添加到response中覆盖原来的Cookie。注意是0而不是负数。负数代表其他的意义。读者可以通过上例的程序进行验证,设置不同的属性。


 


注意:修改、删除Cookie时,新建的Cookie除value、maxAge之外的所有属性,例如name、path、domain等,都要与原Cookie完全一样。否则,浏览器将视为两个不同的Cookie不予覆盖,导致修改、删除失败。


 


1.1.9  Cookie的域名

Cookie是不可跨域名的。域名www.google.com颁发的Cookie不会被提交到域名www.baidu.com去。这是由Cookie的隐私安全机制决定的。隐私安全机制能够禁止网站非法获取其他网站的Cookie。


正常情况下,同一个一级域名下的两个二级域名如www.helloweenvsfei.com和images.helloweenvsfei.com也不能交互使用Cookie,因为二者的域名并不严格相同。如果想所有helloweenvsfei.com名下的二级域名都可以使用该Cookie,需要设置Cookie的domain参数,例如:


 














ThreadLocal 线程本地内存,很好理解,就是每个访问 ThreadLocal 变量的线程都有自己的一个 “本地” 实例副本,每个线程之间互相隔离,互不干涉。另外,关注公号“终码一生”,回复关键词“资料”,获取视频教程和最新的面试资料


这里我就不详细解释底层原理了,ThreadLocal 适用于如下两种场景:


  • 每个线程需要有自己单独的实例(数据)

  • 实例(数据)需要在多个方法中共享,但不希望被多线程共享


来看如何用 ThreadLocal 实现我们的需求:显示登录信息,在本次请求中持有当前用户数据。


首先我们需要明白的是,ThreadLocal 只跟其归属的线程有关,线程死亡了,那么它对应的 ThreadLocal 中存储的信息也就被清除了(线程死亡前一定要释放掉绑定的用户数据,不然会出现 OOM 问题),也就是说,ThreadLocal 只用于在本次请求中持有数据。


简单来说,我们把用户数据存入 ThreadLocal 里,这样,只要本次请求未处理完,这个线程就一直还在,当前用户数据就一直被持有,当服务器对本次请求做出响应后,这个线程就会被销毁。


那同一个用户发出的两次请求可能被不同的两个线程进行处理,如何使得这个两个线程的 ThreadLocal 持有相同的用户信息呢?


过滤器。


具体来说,我们定义一个过滤器,在每次请求前都对用户进行判断(为了避免每次请求都经过过滤器,可以将登录成功的用户信息暂时存储到 Redis 中),然后将已经登录成功的用户信息存到 ThreadLocal 里,从而使得该线程在本次请求中持有该用户信息。


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