彻底讲清Web开发的CookieSession机制

Posted 2021-08-14 JavaEdge.

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

本文将系统地讲述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 Cookie机制

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. 什么是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？
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

其中第一行BAIDUID记录的就是笔者的身份，只是Baidu使用特殊的方法将Cookie信息加密了

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

1.2 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.getCookies()
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/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，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会不会也带上Baidu颁发的Cookie？
  不会！

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在客户端由浏览器管理。浏览器会保证Google只会操作Google的Cookie而不会操作Baidu的Cookie，从而保证用户隐私安全。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。

虽然网站images.google.com与网站www.google.com同属Google，但域名不同，二者同样不能互相操作彼此Cookie。

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！

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：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。

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（能够禁止网站非法获取其他网站的Cookie）决定的。

正常情况下，同一个一级域名下的两个二级域名如：

• www.java.com
• images.java.com

也不能交互使用Cookie，因为二者的域名并不严格相同。

跨域我们访问两个不同的域名或路径时，希望带上同一个cookie，跨域的具体实现方式有很多…

如果想所有java.com名下的二级域名都可以使用该Cookie，需要设置Cookie的domain参数，表示浏览器访问这个域名时才带上这个cookie。

Cookie cookie = new Cookie("time","20080808");
cookie.setDomain(".java.com");
cookie.setPath("/");
cookie.setMaxAge(Integer.MAX_VALUE);
response.addCookie(cookie);

读者可以修改本机hosts文件配置多个临时域名，然后使用程序设置跨域名Cookie验证domain属性。

domain参数必须以点(".")开始。另外，name相同但domain不同的两个Cookie是两个不同的Cookie。如果想要两个域名完全不同的网站共有Cookie，可以生成两个Cookie，domain属性分别为两个域名，输出到客户端。

1.1.10 Cookie的路径

• domain属性
  决定运行访问Cookie的域名
• path属性
  表示访问的URL是这个path或者子路径时才带上这个cookie，决定允许访问Cookie的路径（ContextPath）

例如，如果只允许/session/下的程序使用Cookie，可以这么写：

Cookie cookie = new Cookie("time","20080808");
cookie.setPath("/session/");
response.addCookie(cookie);

设置为“/”时允许所有路径使用Cookie。path属性需要使用符号“/”结尾。name相同但domain同同的两个Cookie也是不同的

注意：页面只能获取它属于的Path的Cookie。例如/session/test/a.jsp不能获取到路径为/session/abc/的Cookie。使用时一定要注意。

1.1.11 Cookie的安全属性
HTTP协议不仅是无状态的，而且是不安全的。使用HTTP协议的数据不经过任何加密就直接在网络上传播，有被截获的可能。使用HTTP协议传输很机密的内容是一种隐患。
如果不希望Cookie在HTTP等非安全协议中传输，可以设置Cookie的secure属性为true。浏览器只会在HTTPS和SSL等安全协议中传输此类Cookie。下面的代码设置secure属性为true：

Cookie cookie = new Cookie("time", "20080808");
cookie.setSecure(true);
response.addCookie(cookie);

提示：secure属性并不能对Cookie内容加密，不能保证绝对的安全性。
如果需要高安全性，**需要在程序中对Cookie内容加密

1.1.12 JavaScript操作Cookie
Cookie是保存在浏览器端的，因此浏览器具有操作Cookie的先决条件。
浏览器可以使用脚本程序如JS或者VBScript等操作Cookie。
这里以JavaScript为例介绍常用的Cookie操作。
例如下面的代码会输出本页面所有的Cookie。
<script>document.write(document.cookie);</script>
由于JavaScript能够任意地读写Cookie，有些好事者便想使用JavaScript程序去窥探用户在其他网站的Cookie。不过这是徒劳的，W3C组织早就意识到JavaScript对Cookie的读写所带来的安全隐患并加以防备了，W3C标准的浏览器会阻止JavaScript读写任何不属于自己网站的Cookie。换句话说，A网站的JavaScript程序读写B网站的Cookie不会有任何结果。

1.1.13 案例：永久登录
如果用户是在自己家的电脑上网，登录时就可以记住他的登录信息，下次访问时不需要再次登录，直接访问即可。
实现方法是把登录信息如账号、密码等保存在Cookie中，并控制Cookie的有效期，下次访问时再验证Cookie中的登录信息即可。

保存登录信息有多种方案

• 最直接的是把用户名与密码都保持到Cookie中，下次访问时检查Cookie中的用户名与密码，与数据库比较。这是一种比较危险的选择，一般不把密码等重要信息保存到Cookie中。

• 还有一种方案是把密码加密后保存到Cookie中，下次访问时解密并与数据库比较。这种方案略微安全一些。如果不希望保存密码，还可以把登录的时间戳保存到Cookie与数据库中，到时只验证用户名与登录时间戳就可以了。
  这几种方案验证账号时都要查询数据库。

• 本例将采用另一种方案，只在登录时查询一次数据库，以后访问验证登录信息时不再查询数据库。实现方式是
  把账号按照一定的规则加密后，连同账号一块保存到Cookie中。下次访问时只需要判断账号的加密规则是否正确即可。
  本例把账号保存到名为account的Cookie中，把账号连同密钥用MD5算法加密后保存到名为ssid的Cookie中。验证时验证Cookie中的账号与密钥加密后是否与Cookie中的ssid相等。

登录时可以选择登录信息的有效期：关闭浏览器即失效、30天内有效与永久有效。通过设置Cookie的age属性来实现，注意观察代码

提示：该加密机制中最重要的部分为算法与密钥。由于MD5算法的不可逆性，即使用户知道了账号与加密后的字符串，也不可能解密得到密钥。因此，只要保管好密钥与算法，该机制就是安全的。

1.2 Session机制
Web应用程序中还经常使用Session来记录客户端状态。Session是服务器端使用的一种记录客户端状态的机制，使用上比Cookie简单一些，相应的也增加了服务器的存储压力。

1.2.1 什么是Session
Session是另一种记录客户状态的机制，不同的是Cookie保存在客户端浏览器中，而Session保存在服务器上。
客户端浏览器访问服务器的时候，服务器把客户端信息以某种形式记录在服务器上。这就是Session。客户端浏览器再次访问时只需要从该Session中查找该客户的状态就可以了。

如果说Cookie机制是通过检查客户身上的“通行证”来确定客户身份的话，那么Session机制就是通过检查服务器上的“客户明细表”来确认客户身份。Session相当于程序在服务器上建立的一份客户档案，客户来访的时候只需要查询客户档案表就可以了

1.2.2 实现用户登录
Session对应的类为javax.servlet.http.HttpSession类。
每个来访者对应一个Session对象，所有该客户的状态信息都保存在这个Session对象里。
Session对象是在客户端第一次请求服务器的时候创建的
Session也是一种key-value的属性对，通过getAttribute(Stringkey)和setAttribute(String key，Objectvalue)方法读写客户状态信息
Servlet里通过request.getSession()方法获取该客户的Session

request还可以使用getSession(boolean create)来获取Session。区别是如果该客户的Session不存在，request.getSession()方法会返回null，而getSession(true)会先创建Session再将Session返回。

Servlet中必须使用request来编程式获取HttpSession对象，而JSP中内置了Session隐藏对象，可以直接使用。如果使用声明了<%@page session=“false” %>，则Session隐藏对象不可用。

当多个客户端执行程序时，服务器会保存多个客户端的Session。获取Session的时候也不需要声明获取谁的Session。Session机制决定了当前客户只会获取到自己的Session，而不会获取到别人的Session。各客户的Session也彼此独立，互不可见。

提示**：Session的使用比Cookie方便，但是过多的Session存储在服务器内存中，会对服务器造成压力。**

1.2.3 Session的生命周期
Session保存在服务器端。为了获得更高的存取速度，服务器一般把Session放在内存里。每个用户都会有一个独立的Session。如果Session内容过于复杂，当大量客户访问服务器时可能会导致内存溢出。因此，Session里的信息应该尽量精简

Session在用户第一次访问服务器的时候自动创建。需要注意只有访问JSP、Servlet等程序时才会创建Session，只访问html、IMAGE等静态资源并不会创建Session。如果尚未生成Session，也可以使用request.getSession(true)强制生成Session。

Session生成后，只要用户继续访问，服务器就会更新Session的最后访问时间，并维护该Session。用户每访问服务器一次，无论是否读写Session，服务器都认为该用户的Session“活跃（active）”了一次。

1.2.4 Session的有效期
由于会有越来越多的用户访问服务器，因此Session也会越来越多。为防止内存溢出，服务器会把长时间内没有活跃的Session从内存删除。这个时间就是Session的超时时间。如果超过了超时时间没访问过服务器，Session就自动失效了。

Session的超时时间为maxInactiveInterval属性，可以通过对应的getMaxInactiveInterval()获取，通过setMaxInactiveInterval(longinterval)修改。

Session的超时时间也可以在web.xml中修改。另外，通过调用Session的invalidate()方法可以使Session失效。

1.2.5 Session的常用方法

Session中包括各种方法，使用起来要比Cookie方便得多。Session的常用方法如表1.2所示。

Tomcat中Session的默认超时时间为20分钟。通过setMaxInactiveInterval(int seconds)修改超时时间。可以修改web.xml改变Session的默认超时时间。例如修改为60分钟：

60

注意：参数的单位为分钟，而setMaxInactiveInterval(int s)单位为秒。
1.2.6 Session对浏览器的要求

虽然Session保存在服务器，对客户端是透明的，它的正常运行仍然需要客户端浏览器的支持。这是因为Session需要使用Cookie作为识别标志。HTTP协议是无状态的，Session不能依据HTTP连接来判断是否为同一客户，因此服务器向客户端浏览器发送一个名为JSESSIONID的Cookie，它的值为该Session的id（也就是HttpSession.getId()的返回值）。Session依据该Cookie来识别是否为同一用户。

该Cookie为服务器自动生成的，它的maxAge属性一般为–1，表示仅当前浏览器内有效，并且各浏览器窗口间不共享，关闭浏览器就会失效。

因此同一机器的两个浏览器窗口访问服务器时，会生成两个不同的Session。但是由浏览器窗口内的链接、脚本等打开的新窗口（也就是说不是双击桌面浏览器图标等打开的窗口）除外。这类子窗口会共享父窗口的Cookie，因此会共享一个Session。

注意：新开的浏览器窗口会生成新的Session，但子窗口除外。子窗口会共用父窗口的Session。例如，在链接上右击，在弹出的快捷菜单中选择“在新窗口中打开”时，子窗口便可以访问父窗口的Session。

如果客户端浏览器将Cookie功能禁用，或者不支持Cookie怎么办？例如，绝大多数的手机浏览器都不支持Cookie。Java Web提供了另一种解决方案：URL地址重写。

1.2.7 URL地址重写
URL地址重写是对客户端不支持Cookie的解决方案。
URL地址重写的原理是将该用户Session的id信息重写到URL地址中。
服务器能够解析重写后的URL获取Session的id。这样即使客户端不支持Cookie，也可以使用Session来记录用户状态。HttpServletResponse类提供了encodeURL(Stringurl)实现URL地址重写，例如：

<td>
        <a href="<%=response.encodeURL("index.jsp?c=1&wd=Java") %>"> 
        Homepage</a>
</td>

该方法会自动判断客户端是否支持Cookie。如果客户端支持Cookie，会将URL原封不动地输出来。如果客户端不支持Cookie，则会将用户Session的id重写到URL中。重写后的输出可能是这样的：

<td>
    <ahref="index.jsp;jsessionid=0CCD096E7F8D97B0BE608AFDC3E1931E?c=
    1&wd=Java">Homepage</a>
</td>

即在文件名的后面，在URL参数的前面添加了字符串“;jsessionid=XXX”。其中XXX为Session的id。
分析一下可以知道，增添的jsessionid字符串既不会影响请求的文件名，也不会影响提交的地址栏参数。用户单击这个链接的时候会把Session的id通过URL提交到服务器上，服务器通过解析URL地址获得Session的id。

如果是页面重定向（Redirection），URL地址重写可以这样写：

<%
    if(“administrator”.equals(userName))

    {

       response.sendRedirect(response.encodeRedirectURL(“administrator.jsp”));

        return;

    }
%>

效果跟response.encodeURL(String url)是一样的：如果客户端支持Cookie，生成原URL地址，如果不支持Cookie，传回重写后的带有jsessionid字符串的地址。

对于WAP程序，由于大部分的手机浏览器都不支持Cookie，WAP程序都会采用URL地址重写来跟踪用户会话。比如用友集团的移动商街等。

注意：TOMCAT判断客户端浏览器是否支持Cookie的依据是请求中是否含有Cookie。尽管客户端可能会支持Cookie，但是由于第一次请求时不会携带任何Cookie（因为并无任何Cookie可以携带），URL地址重写后的地址中仍然会带有jsessionid。当第二次访问时服务器已经在浏览器中写入Cookie了，因此URL地址重写后的地址中就不会带有jsessionid了。

1.2.8 Session中禁止使用Cookie
Java Web规范支持通过配置的方式禁用Cookie。下面举例说一下怎样通过配置禁止使用Cookie。

打开项目sessionWeb的WebRoot目录下的META-INF文件夹（跟WEB-INF文件夹同级，如果没有则创建），打开context.xml（如果没有则创建），编辑内容如下：

代码1.11 /META-INF/context.xml

<?xml version='1.0' encoding='UTF-8'?>

<Context path="/sessionWeb"cookies="false">

</Context>

或者修改Tomcat全局的conf/context.xml，修改内容如下：
context.xml

<!-- The contents of this file will be loaded for eachweb application -->

<Context cookies="false">

    <!-- ... 中间代码略 -->

</Context>

部署后TOMCAT便不会自动生成名JSESSIONID的Cookie，Session也不会以Cookie为识别标志，而仅仅以重写后的URL地址为识别标志了。

注意：该配置只是禁止Session使用Cookie作为识别标志，并不能阻止其他的Cookie读写。也就是说服务器不会自动维护名为JSESSIONID的Cookie了，但是程序中仍然可以读写其他的Cookie。