HTTP Session和Cookie工作原理
阿新 • • 發佈：2019-01-06
session的工作原理
術語session
在我的經驗裡，session這個詞被濫用的程度大概僅次於transaction，更加有趣的是transaction與session在某些語境下的含義是相同的。
session，中文經常翻譯為會話，其本來的含義是指有始有終的一系列動作/訊息，比如打電話時從拿起電話撥號到結束通話電話這中間的一系列過程可以稱之為一個session。有時候我們可以看到這樣的話“在一個瀏覽器會話期間，...”，這裡的會話一詞用的就是其本義，是指從一個瀏覽器視窗開啟到關閉這個期間。最混亂的是“使用者（客戶端）在一次會話期間”這樣一句話，它可能指使用者的一系列動作（一般情況下是同某個具體目的相關的一系列動作，比如從登入到選購商品到結賬登出這樣一個網上購物的過程，有時候也被稱為一個transaction
然而當session一詞與網路協議相關聯時，它又往往隱含了“面向連線”和/或“保持狀態”這樣兩個含義，“面向連線”指的是在通訊雙方在通訊之前要先建立一個通訊的渠道，比如打電話，直到對方接了電話通訊才能開始，與此相對的是寫信，在你把信發出去的時候你並不能確認對方的地址是否正確，通訊渠道不一定能建立，但對發信人來說，通訊已經開始了。“保持狀態”則是指通訊的一方能夠把一系列的訊息關聯起來，使得訊息之間可以互相依賴，比如一個服務員能夠認出再次光臨的老顧客並且記得上次這個顧客還欠店裡一塊錢。這一類的例子有“一個TCP session”或者“一個POP3 session”。
而到了web伺服器蓬勃發展的時代，session在web開發語境下的語義又有了新的擴充套件，它的含義是指一類用來在客戶端與伺服器之間保持狀態的解決方案。有時候session也用來指這種解決方案的儲存結構，如“把xxx儲存在session裡”。由於各種用於web開發的語言在一定程度上都提供了對這種解決方案的支援，所以在某種特定語言的語境下，session也被用來指代該語言的解決方案，比如經常把Java裡提供的javax.servlet.http.HttpSession簡稱為session。
鑑於這種混亂已不可改變，本文中session一詞的運用也會根據上下文有不同的含義，請大家注意分辨。
在本文中，使用中文“瀏覽器會話期間”來表達含義，使用“session機制”來表達含義，使用“session”表達含義，使用具體的“HttpSession”來表達含義
HTTP協議與狀態保持
HTTP協議本身是無狀態的，這與HTTP協議本來的目的是相符的，客戶端只需要簡單的向伺服器請求下載某些檔案，無論是客戶端還是伺服器都沒有必要紀錄彼此過去的行為，每一次請求之間都是獨立的，好比一個顧客和一個自動售貨機或者一個普通的（非會員制）大賣場之間的關係一樣。
然而聰明（或者貪心？）的人們很快發現如果能夠提供一些按需生成的動態資訊會使web變得更加有用，就像給有線電視加上點播功能一樣。這種需求一方面迫使HTML逐步添加了表單、指令碼、DOM等客戶端行為，另一方面在伺服器端則出現了CGI規範以響應客戶端的動態請求，作為傳輸載體的HTTP協議也添加了檔案上載、cookie這些特性。其中cookie的作用就是為了解決HTTP協議無狀態的缺陷所作出的努力。至於後來出現的session機制則是又一種在客戶端與伺服器之間保持狀態的解決方案。
讓我們用幾個例子來描述一下cookie和session機制之間的區別與聯絡。筆者曾經常去的一家咖啡店有喝5杯咖啡免費贈一杯咖啡的優惠，然而一次性消費5杯咖啡的機會微乎其微，這時就需要某種方式來紀錄某位顧客的消費數量。想象一下其實也無外乎下面的幾種方案：
1、該店的店員很厲害，能記住每位顧客的消費數量，只要顧客一走進咖啡店，店員就知道該怎麼對待了。這種做法就是協議本身支援狀態。
2、發給顧客一張卡片，上面記錄著消費的數量，一般還有個有效期限。每次消費時，如果顧客出示這張卡片，則此次消費就會與以前或以後的消費相聯絡起來。這種做法就是在客戶端保持狀態。
3、發給顧客一張會員卡，除了卡號之外什麼資訊也不紀錄，每次消費時，如果顧客出示該卡片，則店員在店裡的紀錄本上找到這個卡號對應的紀錄新增一些消費資訊。這種做法就是在伺服器端保持狀態。
由於HTTP協議是無狀態的，而出於種種考慮也不希望使之成為有狀態的，因此，後面兩種方案就成為現實的選擇。具體來說cookie機制採用的是在客戶端保持狀態的方案，而session機制採用的是在伺服器端保持狀態的方案。同時我們也看到，由於採用服務器端保持狀態的方案在客戶端也需要儲存一個標識，所以session機制可能需要藉助於cookie機制來達到儲存標識的目的，但實際上它還有其他選擇。
理解cookie機制
cookie機制的基本原理就如上面的例子一樣簡單，但是還有幾個問題需要解決：“會員卡”如何分發；“會員卡”的內容；以及客戶如何使用“會員卡”。
正統的cookie分發是通過擴充套件HTTP協議來實現的，伺服器通過在HTTP的響應頭中加上一行特殊的指示以提示瀏覽器按照指示生成相應的cookie。然而純粹的客戶端指令碼如JavaScript或者VBScript也可以生成cookie。
而cookie的使用是由瀏覽器按照一定的原則在後臺自動傳送給服務器的。瀏覽器檢查所有儲存的cookie，如果某個cookie所宣告的作用範圍大於等於將要請求的資源所在的位置，則把該cookie附在請求資源的HTTP請求頭上發送給伺服器。意思是麥當勞的會員卡只能在麥當勞的店裡出示，如果某家分店還發行了自己的會員卡，那麼進這家店的時候除了要出示麥當勞的會員卡，還要出示這家店的會員卡。
cookie的內容主要包括：名字，值，過期時間，路徑和域。
其中域可以指定某一個域比如.google.com，相當於總店招牌，比如寶潔公司，也可以指定一個域下的具體某臺機器比如www.google.com或者froogle.google.com，可以用飄柔來做比。
路徑就是跟在域名後面的URL路徑，比如/或者/foo等等，可以用某飄柔專櫃做比。
路徑與域合在一起就構成了cookie的作用範圍。
如果不設定過期時間，則表示這個cookie的生命期為瀏覽器會話期間，只要關閉瀏覽器視窗，cookie就消失了。這種生命期為瀏覽器會話期的cookie被稱為會話cookie。會話cookie一般不儲存在硬碟上而是儲存在記憶體裡，當然這種行為並不是規範規定的。如果設定了過期時間，瀏覽器就會把cookie儲存到硬碟上，關閉後再次開啟瀏覽器，這些cookie仍然有效直到超過設定的過期時間。
儲存在硬碟上的cookie可以在不同的瀏覽器程序間共享，比如兩個IE視窗。而對於儲存在記憶體裡的cookie，不同的瀏覽器有不同的處理方式。對於IE，在一個開啟的視窗上按Ctrl-N（或者從檔案選單）開啟的視窗可以與原視窗共享，而使用其他方式新開的IE程序則不能共享已經開啟的視窗的記憶體cookie；對於Mozilla Firefox0.8，所有的程序和標籤頁都可以共享同樣的cookie。一般來說是用javascript的window.open開啟的視窗會與原視窗共享記憶體cookie。瀏覽器對於會話cookie的這種只認cookie不認人的處理方式經常給採用session機制的web應用程式開發者造成很大的困擾。
下面就是一個goolge設定cookie的響應頭的例子
HTTP/1.1 302 Found
Location: http://www.google.com/intl/zh-CN/
Set-Cookie: PREF=ID=0565f77e132de138:NW=1:TM=1098082649:LM=1098082649:S=KaeaCFPo49RiA_d8; expires=Sun, 17-Jan-2038 19:14:07 GMT; path=/; domain=.google.com
Content-Type: text/html
瀏覽器在再次訪問goolge的資源時自動向外發送cookie
理解session機制
session機制是一種伺服器端的機制，伺服器使用一種類似於散列表的結構（也可能就是使用散列表）來儲存資訊。
當程式需要為某個客戶端的請求建立一個session的時候，伺服器首先檢查這個客戶端的請求裡是否已包含了一個session標識 - 稱為session id，如果已包含一個session id則說明以前已經為此客戶端建立過session，伺服器就按照session id把這個session檢索出來使用（如果檢索不到，可能會新建一個），如果客戶端請求不包含session id，則為此客戶端建立一個session並且生成一個與此session相關聯的session id，session id的值應該是一個既不會重複，又不容易被找到規律以仿造的字串，這個session id將被在本次響應中返回給客戶端儲存。 儲存這個session id的方式可以採用cookie，這樣在互動過程中瀏覽器可以自動的按照規則把這個標識發揮給伺服器。一般這個cookie的名字都是類似於SEEESIONID，而。比如weblogic對於web應用程式生成的cookie，JSESSIONID=ByOK3vjFD75aPnrF7C2HmdnV6QZcEbzWoWiBYEnLerjQ99zWpBng!-145788764，它的名字就是JSESSIONID。
由於cookie可以被人為的禁止，必須有其他機制以便在cookie被禁止時仍然能夠把session id傳遞迴伺服器。經常被使用的一種技術叫做URL重寫，就是把session id直接附加在URL路徑的後面，附加方式也有兩種，一種是作為URL路徑的附加資訊，表現形式為http://...../xxx;jsessionid=ByOK ... 99zWpBng!-145788764
另一種是作為查詢字串附加在URL後面，表現形式為http://...../xxx?jsessionid=ByOK ... 99zWpBng!-145788764
這兩種方式對於使用者來說是沒有區別的，只是伺服器在解析的時候處理的方式不同，採用第一種方式也有利於把session id的資訊和正常程式引數區分開來。
為了在整個互動過程中始終保持狀態，就必須在每個客戶端可能請求的路徑後面都包含這個session id。
另一種技術叫做表單隱藏欄位。就是伺服器會自動修改表單，新增一個隱藏欄位，以便在表單提交時能夠把session id傳遞迴伺服器。這種技術現在已較少應用，筆者接觸過的很古老的iPlanet6(SunONE應用伺服器的前身)就使用了這種技術。
實際上這種技術可以簡單的用對action應用URL重寫來代替。
在談論session機制的時候，常常聽到這樣一種誤解“只要關閉瀏覽器，session就消失了”。其實可以想象一下會員卡的例子，除非顧客主動對店家提出銷卡，否則店家絕對不會輕易刪除顧客的資料。對session來說也是一樣的，除非程式通知伺服器刪除一個session，否則伺服器會一直保留，程式一般都是在使用者做log off的時候發個指令去刪除session。然而瀏覽器從來不會主動在關閉之前通知伺服器它將要關閉，因此伺服器根本不會有機會知道瀏覽器已經關閉，之所以會有這種錯覺，是大部分session機制都使用會話cookie來儲存session id，而關閉瀏覽器後這個session id就消失了，再次連線伺服器時也就無法找到原來的session。如果伺服器設定的cookie被儲存到硬碟上，或者使用某種手段改寫瀏覽器發出的HTTP請求頭，把原來的session id傳送給伺服器，則再次開啟瀏覽器仍然能夠找到原來的session。
恰恰是由於關閉瀏覽器不會導致session被刪除，迫使伺服器為seesion設定了一個失效時間，當距離客戶端上一次使用session的時間超過這個失效時間時，伺服器就可以認為客戶端已經停止了活動，才會把session刪除以節省儲存空間。
總結
術語session
在我的經驗裡，session這個詞被濫用的程度大概僅次於transaction，更加有趣的是transaction與session在某些語境下的含義是相同的。
session，中文經常翻譯為會話，其本來的含義是指有始有終的一系列動作/訊息，比如打電話時從拿起電話撥號到結束通話電話這中間的一系列過程可以稱之為一個session。有時候我們可以看到這樣的話“在一個瀏覽器會話期間，...”，這裡的會話一詞用的就是其本義，是指從一個瀏覽器視窗開啟到關閉這個期間。最混亂的是“使用者（客戶端）在一次會話期間”這樣一句話，它可能指使用者的一系列動作（一般情況下是同某個具體目的相關的一系列動作，比如從登入到選購商品到結賬登出這樣一個網上購物的過程，有時候也被稱為一個transaction
然而當session一詞與網路協議相關聯時，它又往往隱含了“面向連線”和/或“保持狀態”這樣兩個含義，“面向連線”指的是在通訊雙方在通訊之前要先建立一個通訊的渠道，比如打電話，直到對方接了電話通訊才能開始，與此相對的是寫信，在你把信發出去的時候你並不能確認對方的地址是否正確，通訊渠道不一定能建立，但對發信人來說，通訊已經開始了。“保持狀態”則是指通訊的一方能夠把一系列的訊息關聯起來，使得訊息之間可以互相依賴，比如一個服務員能夠認出再次光臨的老顧客並且記得上次這個顧客還欠店裡一塊錢。這一類的例子有“一個TCP session”或者“一個POP3 session”。
而到了web伺服器蓬勃發展的時代，session在web開發語境下的語義又有了新的擴充套件，它的含義是指一類用來在客戶端與伺服器之間保持狀態的解決方案。有時候session也用來指這種解決方案的儲存結構，如“把xxx儲存在session裡”。由於各種用於web開發的語言在一定程度上都提供了對這種解決方案的支援，所以在某種特定語言的語境下，session也被用來指代該語言的解決方案，比如經常把Java裡提供的javax.servlet.http.HttpSession簡稱為session。
鑑於這種混亂已不可改變，本文中session一詞的運用也會根據上下文有不同的含義，請大家注意分辨。
在本文中，使用中文“瀏覽器會話期間”來表達含義，使用“session機制”來表達含義，使用“session”表達含義，使用具體的“HttpSession”來表達含義
HTTP協議與狀態保持
HTTP協議本身是無狀態的，這與HTTP協議本來的目的是相符的，客戶端只需要簡單的向伺服器請求下載某些檔案，無論是客戶端還是伺服器都沒有必要紀錄彼此過去的行為，每一次請求之間都是獨立的，好比一個顧客和一個自動售貨機或者一個普通的（非會員制）大賣場之間的關係一樣。
然而聰明（或者貪心？）的人們很快發現如果能夠提供一些按需生成的動態資訊會使web變得更加有用，就像給有線電視加上點播功能一樣。這種需求一方面迫使HTML逐步添加了表單、指令碼、DOM等客戶端行為，另一方面在伺服器端則出現了CGI規範以響應客戶端的動態請求，作為傳輸載體的HTTP協議也添加了檔案上載、cookie這些特性。其中cookie的作用就是為了解決HTTP協議無狀態的缺陷所作出的努力。至於後來出現的session機制則是又一種在客戶端與伺服器之間保持狀態的解決方案。
讓我們用幾個例子來描述一下cookie和session機制之間的區別與聯絡。筆者曾經常去的一家咖啡店有喝5杯咖啡免費贈一杯咖啡的優惠，然而一次性消費5杯咖啡的機會微乎其微，這時就需要某種方式來紀錄某位顧客的消費數量。想象一下其實也無外乎下面的幾種方案：
1、該店的店員很厲害，能記住每位顧客的消費數量，只要顧客一走進咖啡店，店員就知道該怎麼對待了。這種做法就是協議本身支援狀態。
2、發給顧客一張卡片，上面記錄著消費的數量，一般還有個有效期限。每次消費時，如果顧客出示這張卡片，則此次消費就會與以前或以後的消費相聯絡起來。這種做法就是在客戶端保持狀態。
3、發給顧客一張會員卡，除了卡號之外什麼資訊也不紀錄，每次消費時，如果顧客出示該卡片，則店員在店裡的紀錄本上找到這個卡號對應的紀錄新增一些消費資訊。這種做法就是在伺服器端保持狀態。
由於HTTP協議是無狀態的，而出於種種考慮也不希望使之成為有狀態的，因此，後面兩種方案就成為現實的選擇。具體來說cookie機制採用的是在客戶端保持狀態的方案，而session機制採用的是在伺服器端保持狀態的方案。同時我們也看到，由於採用服務器端保持狀態的方案在客戶端也需要儲存一個標識，所以session機制可能需要藉助於cookie機制來達到儲存標識的目的，但實際上它還有其他選擇。
理解cookie機制
cookie機制的基本原理就如上面的例子一樣簡單，但是還有幾個問題需要解決：“會員卡”如何分發；“會員卡”的內容；以及客戶如何使用“會員卡”。
正統的cookie分發是通過擴充套件HTTP協議來實現的，伺服器通過在HTTP的響應頭中加上一行特殊的指示以提示瀏覽器按照指示生成相應的cookie。然而純粹的客戶端指令碼如JavaScript或者VBScript也可以生成cookie。
而cookie的使用是由瀏覽器按照一定的原則在後臺自動傳送給服務器的。瀏覽器檢查所有儲存的cookie，如果某個cookie所宣告的作用範圍大於等於將要請求的資源所在的位置，則把該cookie附在請求資源的HTTP請求頭上發送給伺服器。意思是麥當勞的會員卡只能在麥當勞的店裡出示，如果某家分店還發行了自己的會員卡，那麼進這家店的時候除了要出示麥當勞的會員卡，還要出示這家店的會員卡。
cookie的內容主要包括：名字，值，過期時間，路徑和域。
其中域可以指定某一個域比如.google.com，相當於總店招牌，比如寶潔公司，也可以指定一個域下的具體某臺機器比如www.google.com或者froogle.google.com，可以用飄柔來做比。
路徑就是跟在域名後面的URL路徑，比如/或者/foo等等，可以用某飄柔專櫃做比。
路徑與域合在一起就構成了cookie的作用範圍。
如果不設定過期時間，則表示這個cookie的生命期為瀏覽器會話期間，只要關閉瀏覽器視窗，cookie就消失了。這種生命期為瀏覽器會話期的cookie被稱為會話cookie。會話cookie一般不儲存在硬碟上而是儲存在記憶體裡，當然這種行為並不是規範規定的。如果設定了過期時間，瀏覽器就會把cookie儲存到硬碟上，關閉後再次開啟瀏覽器，這些cookie仍然有效直到超過設定的過期時間。
儲存在硬碟上的cookie可以在不同的瀏覽器程序間共享，比如兩個IE視窗。而對於儲存在記憶體裡的cookie，不同的瀏覽器有不同的處理方式。對於IE，在一個開啟的視窗上按Ctrl-N（或者從檔案選單）開啟的視窗可以與原視窗共享，而使用其他方式新開的IE程序則不能共享已經開啟的視窗的記憶體cookie；對於Mozilla Firefox0.8，所有的程序和標籤頁都可以共享同樣的cookie。一般來說是用javascript的window.open開啟的視窗會與原視窗共享記憶體cookie。瀏覽器對於會話cookie的這種只認cookie不認人的處理方式經常給採用session機制的web應用程式開發者造成很大的困擾。
下面就是一個goolge設定cookie的響應頭的例子
HTTP/1.1 302 Found
Location: http://www.google.com/intl/zh-CN/
Set-Cookie: PREF=ID=0565f77e132de138:NW=1:TM=1098082649:LM=1098082649:S=KaeaCFPo49RiA_d8; expires=Sun, 17-Jan-2038 19:14:07 GMT; path=/; domain=.google.com
Content-Type: text/html
瀏覽器在再次訪問goolge的資源時自動向外發送cookie
理解session機制
session機制是一種伺服器端的機制，伺服器使用一種類似於散列表的結構（也可能就是使用散列表）來儲存資訊。
當程式需要為某個客戶端的請求建立一個session的時候，伺服器首先檢查這個客戶端的請求裡是否已包含了一個session標識 - 稱為session id，如果已包含一個session id則說明以前已經為此客戶端建立過session，伺服器就按照session id把這個session檢索出來使用（如果檢索不到，可能會新建一個），如果客戶端請求不包含session id，則為此客戶端建立一個session並且生成一個與此session相關聯的session id，session id的值應該是一個既不會重複，又不容易被找到規律以仿造的字串，這個session id將被在本次響應中返回給客戶端儲存。 儲存這個session id的方式可以採用cookie，這樣在互動過程中瀏覽器可以自動的按照規則把這個標識發揮給伺服器。一般這個cookie的名字都是類似於SEEESIONID，而。比如weblogic對於web應用程式生成的cookie，JSESSIONID=ByOK3vjFD75aPnrF7C2HmdnV6QZcEbzWoWiBYEnLerjQ99zWpBng!-145788764，它的名字就是JSESSIONID。
由於cookie可以被人為的禁止，必須有其他機制以便在cookie被禁止時仍然能夠把session id傳遞迴伺服器。經常被使用的一種技術叫做URL重寫，就是把session id直接附加在URL路徑的後面，附加方式也有兩種，一種是作為URL路徑的附加資訊，表現形式為http://...../xxx;jsessionid=ByOK ... 99zWpBng!-145788764
另一種是作為查詢字串附加在URL後面，表現形式為http://...../xxx?jsessionid=ByOK ... 99zWpBng!-145788764
這兩種方式對於使用者來說是沒有區別的，只是伺服器在解析的時候處理的方式不同，採用第一種方式也有利於把session id的資訊和正常程式引數區分開來。
為了在整個互動過程中始終保持狀態，就必須在每個客戶端可能請求的路徑後面都包含這個session id。
另一種技術叫做表單隱藏欄位。就是伺服器會自動修改表單，新增一個隱藏欄位，以便在表單提交時能夠把session id傳遞迴伺服器。這種技術現在已較少應用，筆者接觸過的很古老的iPlanet6(SunONE應用伺服器的前身)就使用了這種技術。
實際上這種技術可以簡單的用對action應用URL重寫來代替。
在談論session機制的時候，常常聽到這樣一種誤解“只要關閉瀏覽器，session就消失了”。其實可以想象一下會員卡的例子，除非顧客主動對店家提出銷卡，否則店家絕對不會輕易刪除顧客的資料。對session來說也是一樣的，除非程式通知伺服器刪除一個session，否則伺服器會一直保留，程式一般都是在使用者做log off的時候發個指令去刪除session。然而瀏覽器從來不會主動在關閉之前通知伺服器它將要關閉，因此伺服器根本不會有機會知道瀏覽器已經關閉，之所以會有這種錯覺，是大部分session機制都使用會話cookie來儲存session id，而關閉瀏覽器後這個session id就消失了，再次連線伺服器時也就無法找到原來的session。如果伺服器設定的cookie被儲存到硬碟上，或者使用某種手段改寫瀏覽器發出的HTTP請求頭，把原來的session id傳送給伺服器，則再次開啟瀏覽器仍然能夠找到原來的session。
恰恰是由於關閉瀏覽器不會導致session被刪除，迫使伺服器為seesion設定了一個失效時間，當距離客戶端上一次使用session的時間超過這個失效時間時，伺服器就可以認為客戶端已經停止了活動，才會把session刪除以節省儲存空間。
總結