小白必讀：閑話HTTP短連接中的Session和Token
本文引用了劉欣的文章，感謝原作者的分享。
1、引言
Http協議在現今主流的IM系統中擁有無可替代的重要性（在IM系統中用HTTP發起的連接被大家簡稱為http短連接），但Http作為傳統互聯網信息交換技術，一些典型的概念比如：Session、Token，對於新手程序員來說很陌生。
很多文章動輒長篇大論、高屋建瓴地從底層協議再到上層分布式應用式的講解，根本不適合傻白甜程序員，本文的寫作目的是以最白話地方式，通俗易懂的為你講清HTTP協議中的Session和Token等概念，希望讀完全文，您仍能滿懷信心，繼續義無反顧地跳入程序員這個職業深坑 ^_^。更深入的技術細節，請閱讀《IM開發基礎知識補課(四)：正確理解HTTP短連接中的Cookie、Session和Token》。
學習交流：
- 即時通訊開發交流3群：185926912[推薦]
- 移動端IM開發入門文章：《新手入門一篇就夠：從零開發移動端IM》
（本文同步發布於：http://www.52im.net/thread-1686-1-1.html）
2、互聯網源起
1990年12月25日，羅伯特·卡裏奧在CERN（即位於日內瓦的歐洲原子核研究會）和蒂姆·伯納斯·李一起成功通過Internet實現了HTTP代理與服務器的第一次通訊（有關HTTP的詳細介紹，請見《網絡編程懶人入門(六)：深入淺出，全面理解HTTP協議》）。蒂姆·伯納斯·李(Tim Berners-Lee)爵士作為萬維網(World Wide Web，簡稱WWW或互聯網)的發明者，被尊稱為互聯網之父。蒂姆·伯納斯·李建立的第一個網站(也是世界上第一個網站)是http://info. cern. ch/，它於1991年8月6日上網(即北京時間8月7日)。
▲ 互聯網之父——伯納斯·李（Tim Berners-Lee）
1955年6月8日，伯納斯·李出生於英格蘭倫敦西南部。他的父母都參與了世界上第一臺商業電腦，曼切斯特1型（Manchester Mark I）的建造。2017年，他因“發明萬維網、第一個瀏覽器和使萬維網得以擴展的基本協議和算法”而獲得2016年度的圖靈獎，同時還有100萬美元獎金（該獎金由谷歌公司提供）。
▲ 圖靈獎獎杯實物
在此前的倫敦2012奧運會開幕式上，開幕式總導演丹尼·博伊爾特別為表揚蒂姆·伯納斯·李爵士的功績，設計了激動人心的一幕：蒂姆·伯納斯·李爵士在“倫敦碗”場館中央用電腦鍵盤敲出了一句話：This Is For Everyone(為了每一個人)。
媒體評述：“如果蒂姆·伯納斯-李爵士為互聯網申請專利，他將是世界最富有的萬億富豪”。但是，蒂姆·伯納斯-李爵士將他的發明無償貢獻給全人類。
▲ 蒂姆·伯納斯·李爵士參與了倫敦奧運2012開幕式的表演
▲ 蒂姆·伯納斯·李爵士在“倫敦碗”場館中央用鍵盤敲下的“This is For Everyone”
▲ 現在的“互聯網”已無比龐大
（本圖來自：《技術往事：改變世界的TCP/IP協議（珍貴多圖、手機慎點）》一文）
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好了，我們開始正文的閱讀。
4、美好的舊時光
我經常想象並懷念三十年前那原始而美好的互聯網舊時光， 工作很輕松， 生活很悠閑。
上班的時候偶爾有些HTTP的請求發到我這裏， 我簡單的看一下， 取出相對應的html文檔，圖片，發回去就可以了， 然後就可以繼續喝茶聊天。
▲ 早期IE瀏覽器界面
我的創造者們對我很好， 他們制定的一個簡單HTTP協議， 就是請求加響應， 尤其是我不用記住是誰剛剛發了HTTP請求， 每個請求對我來說都是全新的！
郵件服務器很羨慕我， 他說：老弟，你的生活太愜意了， 哪像我， 每次有人從客戶端訪問郵箱， 我都得專門給他建立一個會話， 來處理他發的消息， 你倒好， 完全不用管理會話。
這是由應用的特性決定的， 如果郵件服務器不管理會話， 那多個人之間的郵件消息就會完全混到一起了， 亂作一團了。
而30年前的Web 基本上就是文檔的瀏覽而已， 既然是瀏覽，我作為一個服務器， 為什麽要記住誰在一段時間裏都瀏覽了什麽文檔呢？
5、是時候該Session出場了
但是好日子沒持續多久， 很快大家就不滿足於靜態的Html 文檔了， 交互式的Web應用開始興起， 尤其是論壇， 在線購物等網站。
我馬上就遇到了和郵件服務器一樣的問題， 那就是必須管理會話，必須記住哪些人登錄系統， 哪些人往自己的購物車中放了商品， 也就是說我必須把每個人區分開。
這對我來說是個不小的挑戰， 由於HTTP協議的無狀態特性， 我必須加點小手段，才能完成會話管理。
我想出的辦法就是給大家發一個會話標識(session id), 說白了就是一個隨機的字符串，每個人收到的都不一樣， 每次大家向我發起HTTP請求的時候，把這個字符串給一並捎過來， 這樣我就能區分開誰是誰了。
6、沈重的負擔
大家都很高興， 可是我就不爽了。
每個人只需要保存自己的session id，而我需要保存所有人的session id ！ 如果訪問我的人多了， 就得由成千上萬，甚至幾十萬個。
這對我來說是一個巨大的開銷 ， 嚴重的限制了我的擴展能力， 比如說我用兩個機器組成了一個集群， 小F通過機器A登錄了系統， 那session id會保存在機器A上， 假設小F的下一次請求被轉發到機器B怎麽辦？ 機器B可沒有小F的 session id啊。
有時候我會采用一點小伎倆： session sticky ， 就是讓小F的請求一直粘連在機器A上， 但是這也不管用， 要是機器A掛掉了， 還得轉到機器B去。
那我只好做session 的復制了， 把session id 在兩個機器之間搬來搬去， 快累死了。
後來有個叫Memcached的給我支了招： 把session id 集中存儲到一個地方， 所有的機器都來訪問這個地方的數據， 這樣一來，就不用復制了， 但是增加了單點失敗的可能性， 要是那個負責session 的機器掛了， 所有人都得重新登錄一遍， 估計得被人罵死。
我也嘗試把這個單點的機器也搞出集群，增加可靠性， 但不管如何， 這小小的session 對我來說是一個沈重的負擔。
7、時間換空間：Token是個不錯的方案
這幾天的晚上我一直在思考， 我為什麽要保存這可惡的session呢， 只讓每個客戶端去保存該多好？
可是如果我不保存這些session id , 我怎麽驗證客戶端發給我的session id 的確是我生成的呢？ 如果我不去驗證，我都不知道他們是不是合法登錄的用戶， 那些不懷好意的家夥們就可以偽造session id , 為所欲為了。
嗯，對了，關鍵點就是驗證 ！
比如說， 小F已經登錄了系統， 我給他發一個令牌(token)， 裏邊包含了小F的 user id， 下一次小F 再次通過Http 請求訪問我的時候， 把這個token 通過Http header 帶過來不就可以了。
不過這和session id沒有本質區別啊， 任何人都可以可以偽造， 所以我得想點兒辦法， 讓別人偽造不了。
那就對數據做一個簽名吧， 比如說我用HMAC-SHA256 算法，加上一個只有我才知道的密鑰， 對數據做一個簽名， 把這個簽名和數據一起作為token ， 由於密鑰別人不知道， 就無法偽造token了。
這個token 我不保存， 當小F把這個token 給我發過來的時候，我再用同樣的HMAC-SHA256 算法和同樣的密鑰，對數據再計算一次簽名， 和token 中的簽名做個比較， 如果相同， 我就知道小F已經登錄過了，並且可以直接取到小F的user id , 如果不相同， 數據部分肯定被人篡改過， 我就告訴發送者： 對不起，沒有認證。
Token 中的數據是明文保存的（雖然我會用Base64做下編碼， 但那不是加密）， 還是可以被別人看到的， 所以我不能在其中保存像密碼這樣的敏感信息。
當然， 如果一個人的token 被別人偷走了， 那我也沒辦法， 我也會認為小偷就是合法用戶， 這其實和一個人的session id 被別人偷走是一樣的。
這樣一來， 我就不保存session id 了， 我只是生成token , 然後驗證token ， 我用我的CPU計算時間獲取了我的session 存儲空間 ！
解除了session id這個負擔， 可以說是無事一身輕， 我的機器集群現在可以輕松地做水平擴展， 用戶訪問量增大， 直接加機器就行。這種無狀態的感覺實在是太好了！
附錄：IM開發綜合性文章
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