深入理解cookie和session
   helloworld    发表于:2018-01-11 10:44:51
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转载自:roy-blog

cookie和session在java web开发中扮演了十分重要的作用,本篇文章对其中的重要知识点做一些探究和总结。

如上图所示,我们访问了新浪网,通过火狐浏览器的调试窗口可以看到cookie存在于请求头也就是httprequest中,并且是以键值对(数组)的形式存在。

只要有请求,就会在请求头携带一个cookie的数组(键值对)。cookie是浏览器层面的东西

事实上,在java的servlet体系里,我们可以通过如下方式获取cookie.

HttpServletRequest req=ServletActionContext.getRequest();
        Cookie[] cookies=req.getCookies();
        for(int i=0;i<cookies.length;i++){
            Cookie cookie=cookies[i];
            System.out.println("name:"+cookie.getName()+",domain"+cookie.getDomain()+",value:"+cookie.getValue()+",maxage:"+cookie.getMaxAge());
        }

可以看到,在servlet体系中,把cookie作为一个属性放到了HttpRequest对象里面。通过getCookies()方法得到一个cookie数组

我们在一个action中加入上述代码,并且访问这个action,则可以看到控制台打印出如下信息。

servlet对cookie进行了封装,cookie对象有几个属性,如name,domain,value,maxage等,具体的意义可以参考servlet的api文档。

以上的请求的cookie是我首次访问某一个网站的链接时候产生的。可以看到cookie数组中只有一个元素。这边先注意一下,后续会有更进一步的说明。

说了获取cookie数组和cookie,我们一定也想知道如何把我们自己的一些信息放进cookie,其实很简单。http的一次请求总是伴随着一次响应,我们就将cookie信息放入到响应中,传递给浏览器。在java下代码是这样写的

HttpServletResponse res=ServletActionContext.getResponse();
        Cookie cookie=new Cookie("xdx", "i'm xdx");
        res.addCookie(cookie);

可以看到当我们发起这个请求时,在响应头有下列信息。

也就是通过这次请求,我们把xdx=i’m xdx 这个cookie通过response放进了浏览器。

当我们再次访问该网站上的其他页面的时候,在请求头都将带有这个cookie。如下图所示。

而假如我们清除历史记录,包括cookie。

再次访问该网站的某一个地址。刚才我们加进去的cookie就不存在了。

总结来说就是:servlet通过response将cookie放入到cookie数组中,这样浏览器端就会拥有这一个cookie信息。浏览器会在以后的请求过程中把这个cookie信息放在请求头

4.session是什么

session我们一般指的是HTTPSession,为了理解它,我们直接打开HttpSession的源码来一看究竟。

/**
 *
 * Provides a way to identify a user across more than one page
 * request or visit to a Web site and to store information about that user.
 *
 * <p>The servlet container uses this interface to create a session
 * between an HTTP client and an HTTP server. The session persists
 * for a specified time period, across more than one connection or
 * page request from the user. A session usually corresponds to one 
 * user, who may visit a site many times. The server can maintain a 
 * session in many ways such as using cookies or rewriting URLs.
 *
 * <p>This interface allows servlets to 
 * <ul>
 * <li>View and manipulate information about a session, such as
 *     the session identifier, creation time, and last accessed time
 * <li>Bind objects to sessions, allowing user information to persist 
 *     across multiple user connections
 * </ul>
 *
 * <p>When an application stores an object in or removes an object from a
 * session, the session checks whether the object implements
 * {@link HttpSessionBindingListener}. If it does, 
 * the servlet notifies the object that it has been bound to or unbound 
 * from the session. Notifications are sent after the binding methods complete. 
 * For session that are invalidated or expire, notifications are sent after
 * the session has been invalidated or expired.
 *
 * <p> When container migrates a session between VMs in a distributed container
 * setting, all session attributes implementing the {@link HttpSessionActivationListener}
 * interface are notified.
 * 
 * <p>A servlet should be able to handle cases in which
 * the client does not choose to join a session, such as when cookies are
 * intentionally turned off. Until the client joins the session,
 * <code>isNew</code> returns <code>true</code>.  If the client chooses 
 * not to join
 * the session, <code>getSession</code> will return a different session
 * on each request, and <code>isNew</code> will always return
 * <code>true</code>.
 *
 * <p>Session information is scoped only to the current web application
 * (<code>ServletContext</code>), so information stored in one context
 * will not be directly visible in another.
 *
 * @author    Various
 *
 * @see     HttpSessionBindingListener
 * @see     HttpSessionContext

简单的翻译一下:

--提供一个在多页面请求切换的情况下用于验证、存储用户信息的手段。

--servlet容器使用Httpsession来创建连接客户端和服务端的一个会话(session)。这个会话能持续一段指定的时间(也就是我们常说的session过期时间),该会话能在多个请求之间共享。

--这个会话一般跟用户信息关联,由于这个用户可能多次访问网站,所以我们把他们存储在这个会话(也就是httpsession)里。

--服务端通常是通过cookies或者rewriting URLs来保持一个session。

我的理解,session是一种持久的会话,它的存在主要是为了克服http无状态的特点,关于http无状态,或者说没有记忆,这里不多阐述,涉及到计算机网络的知识,简单来说就是http一次请求对应一次响应,在这个过程中会携带一些信息,但这些信息也仅仅在这个过程中有效。当一个请求结束,我们进入下一个请求的时候,上一个请求里面的信息对当前的请求就没什么意义了,因为当前的请求根本不会知道上一个请求里面所包含的信息。

那么当我们需要一些在各个请求都能公用的信息的时候,该怎么办呢?有很多办法,可以把信息存在数据库,然后每次从数据库去取出来,当然io存取会浪费很多时间,它仅仅针对大数据量。还有一种就是将这些信息存在内存当中。没错session其实就是这样一种对象,他把项目当中一些常用的信息存在内存当中,这些常用的信息通常是跟用户相关的,比如用户名,用户昵称,用户角色等。因为他们需要经常用到,所以把这些信息存在session中进行管理再好不过了。

5.如何获取一个session

在servlet体系里,我们可以用如下代码来获取session。

HttpServletRequest request = ServletActionContext.getRequest();
        HttpSession httpSession=request.getSession();
        System.out.println(httpSession);

我们来查阅HttpServletRequest的源码,看看其getSession()方法。

/**
     *
     * Returns the current session associated with this request,
     * or if the request does not have a session, creates one.
     * 
     * @return        the <code>HttpSession</code> associated
     *            with this request
     *
     * @see    #getSession(boolean)
     *
     */

    public HttpSession getSession();

它的解释是返回当前与request关联的session,如果这个请求不存在session,就新建一个。

我们在两个请求中加入上述代码并运行,得到如下结果。

可以看到在整个项目内,这个session被共享着调用。

简单点说,每一个session对象都有一个sessionId,而在cookie数组中,又一个元素叫做JSESSIONID,服务器将session对象的sessionId,以名称叫做JSESSIONID,值为sessionId的形式存入cookie数组中,这样cookie和session就发生了关联。

上面的描述可以用下图来表示。

我们将浏览器缓存清除,这样cookie中就没有JSESSIONID了,然后我们访问一个action。如下。

8.当我们清空浏览器的时候,session会消失吗?

这个问题包含着一些陷阱。因为很多时候当我们清空浏览器以后,确实需要重新登录系统才可以操作,所以很多人自然而然认为清空浏览器缓存(包含cookie)以后。session就会消失。

其实这种结论是错误的。要知道,session是存在于服务器的,你清除浏览器缓存,只是清除了cookie,跟session一点关系都没有。那么为什么我们却不能访问网站,而需要重新登录了呢?

一般的web项目会通过session来判断用户是否有登录,常用的判断语句是if(session.get(“userId”)==null。如果为空,则表示需要重新登录。这时候其实隐式地调用了getSession()方法,这就回到了上一步我们所讲的session获取的具体步骤了。

因为清空了浏览器缓存,这时候cookie数组中必定不会有JSESSIONID这个cookie,所以必须得新建一个session,用新的sessionId来给JSESSIONID这个cookie赋值。由于是新建的session,session中必定没有userId这样的属性值,所以判断结果自然为空,所以需要重新登录。这次赋值以后,下一次再请求该网站的时候,由于cookie数组中已经有了JSESSIONID这个cookie,并且能通过该JSESSIONID的值找到相应的session,所以就不需要再重新登录了。

9.讨论几种极端情况

第一种:当项目正常运行,我们清空浏览器,cookie和session会发生什么变化。

因为清空了浏览器,所以不会存在JSESSIONID这个cookie,servlet无法找到对应的session,所以他会新建一个session,然后在本次请求的响应中将sessionId传入cookie中。

下一次请求,cookie数组中就带有JSESSIONID这个cookie了,servlet就可以找到对应的session,沿用即可。

第二种:浏览器正常,项目重启(可停止tomcat来模拟这种情况),cookie和session会发生什么变化。

因为项目重启,内存中的一切session都消失了,虽然访问一个action,请求头中有JSESSIONID这个cookie,但是通过它的值(sessionId)并不能找到session(因为根本没有任何session),所以还是得重新创建一个session,并且这个session的sessionId跟当前cookie数组中的JSESSIONID的值不一样,所以它会将新的sessionId覆盖掉cookie数组中原来的JSESSIONID,并且由于此时的session是崭新的,所以他不可能有userId这样的属性值,所以在拦截的时候依然会被截获,因此也是需要重新登录的。

有兴趣的同学可以去试验一下。

10.session的时限

可以通过setMaxInactiveInterval()方法来设置session的时限,比如可以设为半个小时。这个时间指的是session不活跃开始计算的时间。超过这个时间,session就失效了。此时若再getSession(),则会创建一个新的session,并且其sessionId为此时浏览器中JSESSIONID的值。

有三种方式来设置session的时限:

—通过在web容器中设置(以tomcat为例),在tomcat-7.0\conf\web.xml中设置,以下是tomcat7.0中默认配置:

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

—通过web项目的web.xml文件来设置。设置15分钟失效。

<session-config>
<session-timeout>15</session-timeout>
</session-config>

—直接在代码中设置

session.setMaxInactiveInterval(30*60);//以秒为单位,即在没有活动30分钟后,session将失效

上述三种方法的优先级:1<2<3.

我们来做个试验,在web.xml中设置session的过期时间为1分钟,然后观察session和cookie的变化。

第一次访问:

过了一分钟后,再次访问

发现还是没变,但马上再次访问。

结合我们之前所说的session和cookie的作用过程来解释一下:第二次访问的时候,因为过了一分钟,超过了session的过期时间,所以此时虽然cookie中还是原来的sessionID(这也是为什么第二次与第一次的请求头中SessionID相同的原因),但是通过此SessionID是无法再找到那个已经失效的session,所以服务端必须重新创建一个session,并且把新的sessionID放到cookie中,覆盖掉原来旧的。所以当我们马上再次访问的时候,这一次就是新的cookie了。

ps:其实这个过程跟服务端暂停服务的效果是一样的,只不过服务端暂停服务影响的是内存中的所有session,而session过期只是影响当前过期的这个session。

pss:cookie过期与session过期类似,只不过是发生在客户端,大家可以依照前面讲的作用过程试着推导cookie过期会发生什么事情。

psss:如果用了redis等内存数据库来管理session,那么设置过期时间将不起作用。

12.非浏览器平台使用session

cookie依赖于浏览器,session依赖于服务器。如果项目不在浏览器上面运行,那么cookie也就无用武之地,但是我们还是想要使用session。不巧的是,session依赖cookie进行管理,这时候要怎么办呢?

举个很常见的场景,我们想要在安卓,或者ios、或者微信小程序等非浏览器的项目中使用session。这时候这些客户端不会自动帮我们做管理cookie的工作。那么这时候我们需要自己来做。

前面讲到过,servlet底层帮我们自动使用cookie来管理session,大体过程是:从cookie中找寻sessionID,根据sessionID去找session,找到合适的就用,找不到的话就新建一个,并且用新的sessionID覆盖掉cookie中旧的。

而现在需要明白两点:

(1)我们没有浏览器了,所以不会在http的请求头中携带cookie信息,servlet后台收不到cookie信息,自然找不到JESSIONID,所以他会在每次请求都创建一个新的session,这对于服务端来说,是一笔严重的性能开销。

(2)因为没有浏览器了,servlet在更新完sessionID以后,不会自动执行set-cookie操作将新的sessionID去覆盖旧的cookie中的JESSIONID的值。

根据以上两点,我我们需要做如下几件事情。

(1):模拟http请求的时候在请求头中带上cookie,在cookie中塞入从JESSIONID。这样服务端就可以取到JESSIONID,从而获取sessionID,进行比对来获取session;

(2),在响应给客户端的时候,手动调用set-cookie方法将本次的sessionID放入JESSIONID中,这样客户端就可以得到最新的JESSIONID。

(3):然后客户端需要维护一个cookie的静态变量(或者用其他方法,总之就是维护一个cookie的内存变量)。将服务端响应回来的JESSIONID的值存在这个变量里面。作为下次请求的时候放入请求头。

(4):我们同样可以在服务端写一个拦截器,客户端的每个请求都必须先经过拦截器,这样就可以通过session来判断用户是否处于登录状态了。这个过程与在浏览器平台毫无二致。

下面我们来实现上面的功能。

由于本人不会写安卓和iOS的代码,所以以一个客户端程序来模拟安卓端。

首先,定义一个静态变量用于存储JESSIONID.初始值为空。

public static String J_SESSIONID="";

接下来我们编写模拟http请求的类,需要在这个类中的请求头中加入cookie,并且在响应的时候得到响应头中的cookie.具体代码如下。

public static String http4Cookie(String url, String param,String jsessionId) {
        String result = "";
        BufferedReader in = null;
        try {
            String urlNameString = url + "?" + param;
            URL realUrl = new URL(urlNameString);
            // 打开和URL之间的连接
            HttpURLConnection connection = (HttpURLConnection) realUrl
                    .openConnection();
            // 设置通用的请求属性
            connection.setRequestProperty("accept", "*/*");
            connection.setRequestProperty("connection", "Keep-Alive");
            connection.setRequestProperty("user-agent",
                    "Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.1;SV1)");
            connection.setRequestProperty("Cookie", "JSESSIONID="+jsessionId);//请求头中加入JessionID
            // 建立实际的连接
            connection.connect();
            // 获取所有响应头字段
            Map<String, List<String>> map = connection.getHeaderFields();
            // 遍历所有的响应头字段,获取响应头中的JESSIONID信息
             for (String key : map.keySet()) {
//                 System.out.println(key + "--->" + map.get(key));
                 if("Set-Cookie".equals(key)){
                     String setCookie=map.get(key).toString();
                     String newJessionId=setCookie.substring(12,setCookie.lastIndexOf("]"));
                     J_SESSIONID=newJessionId;// 维护新的J_SESSIONID
                     System.out.println(setCookie.substring(12,setCookie.lastIndexOf("]")));
                 }
             }
            // 定义 BufferedReader输入流来读取URL的响应
            in = new BufferedReader(new InputStreamReader(
                    connection.getInputStream(), "utf-8"));
            String line;
            while ((line = in.readLine()) != null) {
                result += line;
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("发送GET请求出现异常!" + e);
            e.printStackTrace();
        }
        // 使用finally块来关闭输入流
        finally {
            try {
                if (in != null) {
                    in.close();
                }
            } catch (Exception e2) {
                e2.printStackTrace();
            }
        }
        return result;
    }

然后我们在服务端写一个Action让客户端来模拟请求。

@ResponseBody
    @RequestMapping("httpCookieTest")
    public String httpTest(HttpServletRequest req,HttpServletResponse res) {
        Cookie[]cookies=req.getCookies();
        for(Cookie cookie:cookies){
            if(cookie.getName().equals("JSESSIONID"));
            System.out.println(cookie.getValue());
        }
        OutPutMsg.outPutMsg(res, req, "httpCookieTest");
        return null;
    }

特别注意这里的OutPutMsg,它的代码如下。

public static void outPutMsg(HttpServletResponse response,HttpServletRequest request,String msg) {
        response.setCharacterEncoding("utf-8");
        String sessionId = request.getSession().getId();
        response.setContentType("text/html; charset=UTF-8"); 
        response.setHeader("Set-Cookie", "JSESSIONID=" + sessionId);
        PrintWriter writer = null;
        try {
            writer = response.getWriter();
            writer.print(msg);
            writer.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (writer != null)
                writer.close();
        }
    }

注意到第4和第5行代码,这两行代码往响应头中加入了此时的sessionId,作为JSESSIONID的值,放入到cookie中。这样客户端才能从响应头中获取最新的JSESSIONID,以更新静态变量J_SESSIONID的值,对应http4Cookie中的代码。

然后我们来看看客户端的主函数。

public static void main(String args[]){
        HttpUtil.http4Cookie("http://192.168.1.185:8080/warrior/httpCookieTest","1=1",J_SESSIONID);
    }

这样以后,其实这个过程已经跟浏览器的cookie运作机制并无二致了。

最后,我们在写一个拦截器,对所有客户端请求进行拦截。客户端每次请求之间都率先访问这个拦截器。

    @ResponseBody
    @RequestMapping("otherPlatformIntercept")
    public String otherPlatformIntercept(HttpServletRequest req){
        HttpSession httpSession=req.getSession();
        if(httpSession.getAttribute("userId")!=null){
            return "valid";
        }
        return "Invalid";
    }
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