Web Session 浅入浅出（山东数漫江湖）

Posted 2020-11-01 梳碧湖的砍柴人

使用过几种Web App开发语言和框架，都会接触到Session的概念。即使是一个简单站点访问计数的功能，也常常使用Session来实现的。其他常用的领域还有购物车，登录用户等。但是，对Session一直是一知半解，知其然而不知其所以然。

在认真的研究了HTTP协议，以及nodejs开发栈的express和express-session后，我终于比较有把握深入浅出的说清楚Session了，也算是满足了多年来开发过程中，常常浮现的对Session的好奇心吧。

本文使用nodejs v9.5.0作为技术验证工具。阅读本文前需要了解基础的HTTP知识和Cookie知识。详细需要参考rfc6265，或者阅读《HTTP小书》的最后一章。

会话的概念

用户在网站的一组相互关联的的请求和响应，就是一次会话。简而言之是这样的：

1. 会话 = 一组访问
2. 访问 = 一次请求和响应

比如一个最简单的nodejs HTTP程序：

var http = require(\'http\')
http.createServer(function(req,res){
    res.end(\'hello\')    
}).listen(3000)

每个请求都会进入到此处理函数：function(req,res){res.end(\'hello\') }，在此函数内获得请求，处理响应，完成后发给客户端，就是一次访问。通过浏览器的developer tools，可以看到此次会话的请求内容和响应内容。

以站点计数应用为案例来说明的话，就是这些来自于同样访问者的多次访问，都可以获得当前站点的访问计数。

引入会话

我们从一个案例开始引入会话的概念。当我们需要访问站点计数一类的功能时，我们希望用户访问此站点时：

1. 第一次访问时，显示你的访问次数为1
2. 以后每次访问时，访问计数加1

此种情况下，我们需要有一个地方存储当前计数，这样才能在同一个客户在此访问时，可以取出当前计数，加一后返回给客户。当然也因此需要识别此用户（浏览器），为每个用户单独计数。就是说，不同的用户访问时，需要去取对应用户的当前计数。

识别客户的问题，常用的方法就是使用Cookie。Cookie是HTTP协议的一部分。HTTP可以通过头字段Set-Cookie为来访客户做一个标记，这个标记常常就是一个ID，下一次访问此站点时，HTTP会通过Cookie头字段，发送此ID到站点，由此站点知道此客户的身份和这个身份关联的状态信息，比如当前访问计数，或者此身份当前的购物车的内容等等。

识别了客户后，就可以在Web服务器内，为此客户建立它的独特的状态信息。

实现一个会话

基于nodejs HTTP模块，我们实现一个极为简单的Session服务。只是为了展示概念，而不是为了实用的目的。此服务可以实现一个共享于同一站点的多次访问的req.session变量，此变量为一个对象，可以在此变量内写入新的成员，或者修改现存的成员变量的值，每次访问后会保存req.session，以便下次访问可以得到当前的值：

var http = require(\'http\')
var sessionkey = "sessionkey3"
http.createServer(function(req,res){
    if (req.url =="/"){
        session(req,res)
        req.session.count = (req.session.count+1) || 1
        res.end(\'hi\'+req.session.count)
    }else
        res.end(\'\')    
}).listen(3000)
console.log(\'listen on 3000\')
function session(req,res){
    if (req.session)
        return
    var answer ,id
    if(isSessionOk(req)){
        id = getCookie(req)
        answer = getSessionById(id)
    }else{
        answer=  {}
        id = createSession(answer)
        setCookie(res,id)
    }
    req.session = answer
    res.on(\'finish\', function() {
        saveSession(id,req.session)
    });
}
function hasCookie(req){
  return (getCookie(req)!=\'\') 
}
function getCookie(req){
  try{
      var c = req.headers[\'cookie\']
      var arr = c.split(\';\')
      for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
          var kv = arr[i]
          var a = kv.split(\'=\')
          if (a[0].trim() == sessionkey)
              return a[1]
      }
  }catch(error){
      return \'\'
  }
  return \'\'
}
function setCookie(res,id){
  res.setHeader("set-cookie",sessionkey +"="+id)
}
var sessions = {}
var sid = 0  
function getSessionById(sid){
    return sessions[sid]
}
function getSessionByReq(req){
    var sid = getCookie(req)
    return sessions[sid]
}
function createSession(session){
    sessions[sid++,session]
    return sid
}
function saveSession(sid,session){
    sessions[sid] = session
}
function isSessionOk(req){
    return hasCookie(req) && getSessionByReq(req) !== undefined
}

程序代码比较简单，读者可以保持它到index.js,然后执行此程序，验证概念：

node index.js 

然后，启动chrome，访问站点localhost:3000,然后多次刷新，你可以看到每次刷新，返回的访问次数逐步累加。在打开另一个浏览器，比如safari，在此访问此站点，你会发现返回的访问计数从1开始，另外计数。因为是两个不同的浏览器内器，这就保证的它们是不同的访问客户，在站点内的代码，会区别两者，分别记录它们的状态信息。

代码使用了HTTP Cookie，基本算法很简单：

1. 如果Session没有准备好，那么创建一个Session，得到Session的ID，把此ID通过Set-Cookie发送给浏览器。浏览器会在下一次访问此站点时，发送此ID。
2. 如果Session已经准备好了，也就是说，浏览器通过Cookie发来了ID，并且通过此ID，可以在站点内获取到Session
3. 把创建或者获取的Session赋值给req对象
4. 在请求处理函数生命周期内，可以获取和修改Session对象
5. 在请求处理完后，保存此Session变量

可能大家看到sessionkey这个变量，感觉有些莫名其妙。原因是每次cookie发送，同样的站点可能有多个框架需要使用此cookie头字段，比如php，aspx，jsp等都是需要使用了，为了好像不要冲突，大家各自使用cookie头字段内各自的key/value对即可。比如php的key默认是phpsessid,express-session默认的是connect.sid。

总结

此代码演示了最基础的Session的概念，但是远远不是一个可用的模块，想要真实世界中使用的Session模块，可以考虑express-session。

实现一个真正可以的会话，还需要考虑很多问题：

1. 本文中使用是Session Id其实就是一个自增的整数。这会导致客户端欺骗，黑客可以猜到SessionID，使用伪造的SessionID获得服务器内对应的状态数据，或者伪造登录从而获得更高权限。真实的产品，一般是创建一个保证唯一的，不易猜测出来的字符串。
2. 本文中的Session每次end后会必然保存，而不管此Session是否修改。实际的产品，是需要考虑此优化的。同时，也需要考虑到Session的失效期，到了失效期就会销毁，因为有些客户可能来一次两次也后再也不来访问了，没有必要为他们保存状态信息，如果再来了，不妨重新创建会话即可。
3. 本文的Session保存在内存中，一旦重启，所有会话都会丢失。实际产品中，是需要支持持久化的保存的，比如保存到mysql数据库内，redis内，mongodb内等等。因此需要数据持久化的多提供者的方案。