Session實現原理

HTTP協議（http://www.w3.org/Protocols/）是“一次性單向”協議。
服務端不能主動連接客戶端，只能被動等待並答覆客戶端請求。客戶端連接服務端，發出一個HTTP Request，服務端處理請求，並且返回一個HTTP Response給客戶端，本次HTTP Request-Response Cycle結束。
我們看到，HTTP協議本身並不能支持服務端保存客戶端的狀態信息。於是，Web Server中引入了session的概念，用來保存客戶端的狀態信息。
這裏用一個形象的比喻來解釋session的工作方式。假設Web Server是一個商場的存包處，HTTP Request是一個顧客，第一次來到存包處，管理員把顧客的物品存放在某一個櫃子裏面（這個櫃子就相當於Session），然後把一個號碼牌交給這個顧客，作爲取包憑證（這個號碼牌就是Session ID）。顧客（HTTP Request）下一次來的時候，就要把號碼牌（Session ID）交給存包處（Web Server）的管理員。管理員根據號碼牌（Session ID）找到相應的櫃子（Session），根據顧客（HTTP Request）的請求，Web Server可以取出、更換、添加櫃子（Session）中的物品，Web Server也可以讓顧客（HTTP Request）的號碼牌和號碼牌對應的櫃子（Session）失效。顧客（HTTP Request）的忘性很大，管理員在顧客回去的時候（HTTP Response）都要重新提醒顧客記住自己的號碼牌（Session ID）。這樣，顧客（HTTP Request）下次來的時候，就又帶着號碼牌回來了。
我們可以看到，Session ID實際上是在客戶端和服務端之間通過HTTP Request和HTTP Response傳來傳去的。

我們看到，號碼牌（Session ID）必須包含在HTTP Request裏面。關於HTTP Request的具體格式，請參見HTTP協議（http://www.w3.org/Protocols/）。這裏只做一個簡單的介紹。
在Java Web Server（即Servlet/JSP Server）中，Session ID用jsessionid表示（請參見Servlet規範）。
HTTP Request一般由3部分組成：
（1）Request Line
這一行由HTTP Method（如GET或POST）、URL、和HTTP版本號組成。
例如，GET http://www.w3.org/pub/WWW/TheProject.html
訪問網址超出本站範圍，不能確定是否安全
繼續訪問 取消訪問http://www.w3.org/pub/WWW/TheProject.html HTTP/1.1
GET http://www.google.com/search?q=Tomcat
訪問網址超出本站範圍，不能確定是否安全
繼續訪問 取消訪問http://www.google.com/search?q=Tomcat HTTP/1.1
POST http://www.google.com/search
訪問網址超出本站範圍，不能確定是否安全
繼續訪問 取消訪問http://www.google.com/search HTTP/1.1
GET http://www.somsite.com/menu.do;jsessionid=1001
訪問網址超出本站範圍，不能確定是否安全
繼續訪問 取消訪問http://www.somsite.com/menu.do;jsessionid=1001 HTTP/1.1

（2）Request Headers
這部分定義了一些重要的頭部信息，如，瀏覽器的種類，語言，類型。Request Headers中還可以包括Cookie的定義。例如：
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 5.5; Windows NT 5.0)
Accept-Language: en-us
Cookie: jsessionid=1001

（3）Message Body
如果HTTP Method是GET，那麼Message Body爲空。
如果HTTP Method是POST，說明這個HTTP Request是submit一個HTML Form的結果，
那麼Message Body爲HTML Form裏面定義的Input屬性。例如，
user=guest
password=guest
jsessionid=1001
主意，如果把HTML Form元素的Method屬性改爲GET。那麼，Message Body爲空，所有的Input屬性都會加在URL的後面。你在瀏覽器的URL地址欄中會看到這些屬性，類似於
http://www.somesite/login.do?user=guest&password=guest&jsessionid=1001
訪問網址超出本站範圍，不能確定是否安全
繼續訪問 取消訪問http://www.somesite/login.do?user=guest&password=guest&jsessionid=1001

從理論上來說，這3個部分（Request URL，Cookie Header, Message Body）都可以用來存放Session ID。由於Message Body方法必須需要一個包含Session ID的HTML Form，所以這種方法不通用。
一般用來實現Session的方法有兩種：
（1）URL重寫。
Web Server在返回Response的時候，檢查頁面中所有的URL，包括所有的連接，和HTML Form的Action屬性，在這些URL後面加上“;jsessionid=XXX”。
下一次，用戶訪問這個頁面中的URL。jsessionid就會傳回到Web Server。
（2）Cookie。
如果客戶端支持Cookie，Web Server在返回Response的時候，在Response的Header部分，加入一個“set-cookie: jsessionid=XXXX”header屬性，把jsessionid放在Cookie裏傳到客戶端。
客戶端會把Cookie存放在本地文件裏，下一次訪問Web Server的時候，再把Cookie的信息放到HTTP Request的“Cookie”header屬性裏面，這樣jsessionid就隨着HTTP Request返回給Web Server。

我們來看Tomcat5的源代碼如何支持jsessionid。
org.apache.coyote.tomcat5.CoyoteResponse類的toEncoded()方法支持URL重寫。
String toEncoded(String url, String sessionId) {
…
StringBuffer sb = new StringBuffer(path);
if( sb.length() > 0 ) { // jsessionid can't be first.
sb.append(";jsessionid=");
sb.append(sessionId);
}
sb.append(anchor);
sb.append(query);
return (sb.toString());
}

我們來看org.apache.coyote.tomcat5.CoyoteRequest的兩個方法configureSessionCookie()
doGetSession()用Cookie支持jsessionid.

/**
* Configures the given JSESSIONID cookie.
*
* @param cookie The JSESSIONID cookie to be configured
*/
protected void configureSessionCookie(Cookie cookie) {
…
}

HttpSession doGetSession(boolean create){
…
// Creating a new session cookie based on that session
if ((session != null) && (getContext() != null)
&& getContext().getCookies()) {
Cookie cookie = new Cookie(Globals.SESSION_COOKIE_NAME,
session.getId());
configureSessionCookie(cookie);
((HttpServletResponse) response).addCookie(cookie);
}
…
}

Session的典型應用是存放用戶的Login信息，如用戶名，密碼，權限角色等信息，應用程序（如Email服務、網上銀行等系統）根據這些信息進行身份驗證和權限驗證