关于tomcat session机制梳理

一道题目引起的思考：“tomcat里怎样禁止服务端自己主动创建session”。

1背景知识：

要说tomcat的机制。先从session说起。

http是无状态协议（http详细可參考：http://www.bysocket.com/?p=282），每次请求都是独立的线程。所以为了维护上下文信息，追踪同一个用户，就是session：保持用户会话状态。眼下有几种方式：cookie,URL重写。隐藏表单域。

Session代表着server和client一次会话的过程。直到session失效（服务端关闭），或者client关闭时结束。Session 是存储在服务端的。并针对每一个client（客户），通过SessionID来差别不同用户的。

Session是以Cookie技术或URL重写实现。默认以Cookie技术实现，服务端会给这次会话创造一个JSESSIONID的值。这个id值会发送给client，client每次请求都会把这个id值放到http请求的头部发送给服务端，而这个id值在client会保存下来，保存的容器就是cookie。

2. tomcat 的session管理机制：

2.1 请求过程中session操作

简述：在请求过程中首先要解析请求中的sessionId信息，然后将sessionId存储到request的參数列表中。然后再从request获取session的时候，假设存在sessionId那么就依据Id从session池中获取session，假设sessionId不存在或者session失效，那么则新建session而且将session信息放入session池。供下次使用。

我们使用session一般这样使用：request.getSession().能够看下


protected Session doGetSession(boolean create) {

        // There cannot be a session if no context has been assigned yet
        if (context == null)
            return (null);
        // Return the current session if it exists and is valid
        if ((session != null) && !session.isValid())
            session = null;
        if (session != null)
            return (session);
        // Return the requested session if it exists and is valid
        Manager manager = null;
        if (context != null)
            manager = context.getManager();
        if (manager == null)
            return (null);      // Sessions are not supported
        if (requestedSessionId != null) {
            try {
                session = manager.findSession(requestedSessionId);
            } catch (IOException e) {
                session = null;
            }
            if ((session != null) && !session.isValid())
                session = null;
            if (session != null) {
                session.access();
                return (session);
            }
        }

        // Create a new session if requested and the response is not committed
        if (!create)
            return (null);
        if ((context != null) && (response != null) &&
            context.getCookies() &&
            response.getResponse().isCommitted()) {
            throw new IllegalStateException
              (sm.getString("coyoteRequest.sessionCreateCommitted"));
        }

        // Attempt to reuse session id if one was submitted in a cookie
        // Do not reuse the session id if it is from a URL, to prevent possible
        // phishing attacks
        if (connector.getEmptySessionPath()
                && isRequestedSessionIdFromCookie()) {
            session = manager.createSession(getRequestedSessionId());
        } else {
            session = manager.createSession(null);
        }

        // Creating a new session cookie based on that session
        if ((session != null) && (getContext() != null)
               && getContext().getCookies()) {
            String scName = context.getSessionCookieName();
            if (scName == null) {
                scName = Globals.SESSION_COOKIE_NAME;
            }
            Cookie cookie = new Cookie(scName, session.getIdInternal());
            configureSessionCookie(cookie);
            response.addSessionCookieInternal(cookie, context.getUseHttpOnly());
        }

        if (session != null) {
            session.access();
            return (session);
        } else {
            return (null);
        }
    }

上面代码就是依据requestedSessionId 去查找session，找不到就创建新的session。那么requestedSessionId 怎么获取的呢？

Http11Processor解析封装在org.apache.coyote.Request然后传递给CoyoteAdapter。coyoteAdapter是一个适配器，将coyote框架封装的org.apache.coyote.Request适配给org.apache.catalina.connector.Request。过程就是Http11Processor方法process（）。里面调用了 adapter.service(request, response);coyoteAdapter的service里面postParseRequest(req, request, res, response).当中调用了 parsePathParameters(req, request)方法去解析路径參数中的cookie信息,parseSessionCookiesId(req, request)从cookie中解析sessionId存到request;

上面的Http11Processor是怎么调用的.还没查到。待补充。

2.2 Servlet获取session的流程：

appServlet是我们自己定义的一个Servlet，在通过Reqest获取session的时候，事实上调用的这个先看javax.servlet.http.HttpServletRequest.getSession(boolean create)（这是一个接口）事实上是RequestFacade（封装了org.apache.catalina.connector.Request的一个门面），然后RequestFacade会调用真实的Request的getSession方法。

Request详细的逻辑是调用Context容器的getManger方法获取Session管理器（session管理器详情下文介绍），然后假设SessionId假设已经被解析出来了。那么则会调用findSession方法从session对象池中获取相应的session，反之假设sessionId不存在，则须要又一次创建一个Session，并放入session对象池中。

以下贴出关键代码：

类RequestFacade的getSession方法：

类Request的getSession方法：

org.apache.catalina.connector

doGetSession就是上面2.1贴出来的代码，主要逻辑就是一依据SessionId从session对象池中获取session信息： session = manager.findSession(requestedSessionId) 用于查找sessionid相应的session;，第二标记就是在没有解析到sessionId的情况下创建一个新的Session对象。

类ManagerBase的findSession方法：

注意： protected Map<String, Session> sessions = new ConcurrentHashMap<String, Session>();

也就是说tomcat是通过线程安全的ConcurrentHashMap来实现的。

以上即是Servlet获取session的流程。

2.3.Session的管理机制

以下是tomcat6源代码里面session包：

实现包的路径是：org.apache.catalina.session，tomcat对外提供session调用的接口不在这个实现包里。对外接口是在包javax.servlet.http下的HttpSession。而实现包里的StandardSession是tomcat提供的标准实现，当然对外tomcat不希望用户直接操作StandardSession，而是提供了一个StandardSessionFacade类，tomcat容器里详细操作session的组件是servlet。而servlet操作session是通过StandardSessionFacade进行的。这样就能够防止程序猿直接操作StandardSession所带来的安全问题。

session包下各类含义：

(1) Manager：定义了关联到某一个容器的用来管理session池的基本接口。这是catalina包下的。

(2) ManagerBase：实现了Manager接口。该类提供了Session管理器的常见功能的实现。

(3) StandardManager：继承自ManagerBase,tomcat的默认Session管理器（不指定配置，默认使用这个），是tomcat处理session的非集群实现（也就说是单机版的），tomcat关闭时，内存session信息会持久化到磁盘保存为SESSION.ser,再次启动时恢复。

(4) PersistentManagerBase：继承自ManagerBase，实现了和定义了session管理器持久化的基础功能。

(5) PersistentManager：继承自PersistentManagerBase，主要实现的功能是会把空暇的会话对象（通过设定超时时间）交换到磁盘上。

(6)StoreBase:存放持久化有关store接口的基本实现。

持久化session管理器的存储策略就是有这个Store对象定义的。

接口Store及事实上例是为session管理器提供了一套存储策略。store定义了主要的接口。而StoreBase提供了主要的实现。

当中FileStore类实现的策略是将session存储在以setDirectory（）指定文件夹并以.session结尾的文件里的。JDBCStore类是将Session通过JDBC存入数据库中，因此须要使用JDBCStore，须要分别调用setDriverName()方法和setConnectionURL()方法来设置驱动程序名称和连接URL。

(7) StandardSession :tomcat的session实现类。

2.4 Tomcat session相关的配置

从两个层面总结一下session相关的配置和设置。首先是从配置文件层面，session是有过期时间的，这个默认的过期时间是在$catalina_home/conf/web.xml有定义的。详细的默认配置例如以下（默认的过期时间是30min，即30min没有訪问，session就过期了）：

另一点就是session管理假设不配置就默认使用StandardManager。但假设要配置的话能够在$catalina_home/conf/context.xml当中指定（当中从这个配置当中能够看到session管理器是和context容器关联的，也就说每一个web应用都会有一个session管理器）详细的配置例如以下：

Tomcat7.x默认这个manager的配置是凝视掉的。假设要指定的PersistentManager为默认管理器的话能够这么指定：

事实上看到这也就发现了，事实上session管理器或者Store存储策略。仅仅要实现了相关的接口，都是能够自己定义的。

自己写一个配置在这里就ok了。

另外在从代码层面总结一下：session的一些配置信息是写死在代码里的，比方SessionConfig这个类就定义了一些session的设置信息。Session在cookie中的名字是JSESSION. Session通过URL重写的方式放在path里时，键值的名字是jsessionids,详细的代码例如以下：

另一点就是sessionId默认指定的长度是16个字节,这个在SessionIdGenerator当中指定：

这个 SessionIdGenerator应该是tomcat7的。我在6上源代码找不到。

关于tomcat6的源代码里面。有这种方法generateSessionId：


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();
        } while (sessions.containsKey(result));
        return (result);

    }

实现原理：一个随机数加时间加上jvm的id值，jvm的id值会依据server的硬件信息计算得来，因此不同jvm的id值都是唯一的

再补充一点：session本身也是基于kv的hashmap实现的，比方：StandardSession 里面

protected Map attributes = new ConcurrentHashMap();

全部的会话信息的存取都是通过这个属性来实现的。另外上面web.xml的配置有效期tomcat是怎么实现的呢？

就是ManagerBase.processExpires。一直查询全部的session对象。每一个检查是否有效，超期就删除。

详细代码參见

当中session在expire会触发相应的listener事件，从而对session信息进行监控，以下是expire方法部分截图。

**********************总结*********************

tomcat的session管理机制基本上总结就是上面。这个源代码分析师基于tomcat6的。7还是有一些差异跟优化的。

回答问题：假设不想让session被创建，则自己定义ManagerBase的实现类。覆盖这些方法为空实现。

思考：

在实际运用中session所带来的问题

由上面所描写叙述的session实现机制。我们会发现。为了弥补http协议的无状态的特点。服务端会占用一定的内存和cpu用来存储和处理session计算的开销，这也就是tomcat这个的web容器的并发连接那么低（tomcat官方文档里默认的连接数是200）原因之中的一个。因此非常多java语言编写的站点。在生产环境里web容器之前会加一个静态资源server，比如：apacheserver或nginxserver。静态资源server没有解决http无状态问题的功能，因此部署静态资源的server也就不会让出内存或cpu计算资源专门去处理像session这种功能。这些内存和cpu资源能够更有效的处理每一个http请求，因此静态资源server的并发连接数更高，所以我们能够让那些没有状态保持要求的请求直接在静态server里处理。而要进行状态保持的请求则在java的web容器里进行处理。这样能更好的提升站点的效率

解决session相关问题的技术方案

由上所述，session一共同拥有两个问题须要解决：

1) session的存储应该独立于web容器。也要独立于部署web容器的server。

2）怎样进行高效的session同步。

因此最好的解决方式就是使用分布式缓存技术，比如：memcached和redis。将session信息的存储独立出来也是解决session同步问题的方法。

以下是一篇用zookeeper实现的分布式session方案：

http://www.open-open.com/lib/view/open1378556537303.html

參考：

http://www.cnblogs.com/sharpxiajun/p/3395607.html

http://blog.csdn.net/it_man/article/details/26217143

http://www.cnblogs.com/interdrp/p/4935614.html