Spring Session工作原理

拼搏现实的明天。 2024-04-17 06:29 60阅读 0赞

> 本文首发于 vivo互联网技术 微信公众号 [mp.weixin.qq.com/s/KCOFv0nRu…][mp.weixin.qq.com_s_KCOFv0nRu]  
> 作者：张正林

HTTP协议本身是无状态的，为了保存会话信息，浏览器Cookie通过SessionID标识会话请求，服务器以SessionID为key来存储会话信息。在单实例应用中，可以考虑应用进程自身存储，随着应用体量的增长，需要横向扩容，多实例session共享问题随之而来。

Spring Session就是为了解决多进程session共享的问题，本文将介绍怎么使用Spring Session，以及Spring Session工作原理。

### 1、引入背景 ###

应用部署在Tomcat时，session是由Tomcat内存维护，如果应用部署多个实例，session就不能共享。Spring Session就是解决为了解决分布式场景中的session共享问题。

### 2、使用方法 ###

Spring Session支持存储在Hazelcast 、Redis、MongoDB、关系型数据库，本文主要讨论session存储在Redis。

web.xml配置：

<filter>
        <filter-name>springSessionRepositoryFilter</filter-name>
        <filter-class>org.springframework.web.filter.DelegatingFilterProxy</filter-class>
      </filter>
      <filter-mapping>
        <filter-name>springSessionRepositoryFilter</filter-name>
        <url-pattern>/*</url-pattern>
      </filter-mapping>
    复制代码

Spring 主要配置：

<bean id="jedisConnectionFactory" class="org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory">
            
            p:poolConfig-ref="jedisPoolConfig"
        </bean>
     
        
        <bean class="org.springframework.session.data.redis.config.annotation.web.http.RedisHttpSessionConfiguration">
            
            <property name="maxInactiveIntervalInSeconds" value="60" />
        </bean>
    复制代码

### 3、工作流程 ###

Tomcat web.xml解析步骤：

contextInitialized(ServletContextEvent arg0); // Listener
    init(FilterConfig filterConfig); // Filter
    init(ServletConfig config); // Servlet
    复制代码

初始化顺序：Listener > Filter > Servlet。

**1) 通过 Tomcat 的 listener 把SessionRepositoryFilter加载到Spring容器中。**

上一小节Spring配置文件里面声明了RedisHttpSessionConfiguration，正是在其父类SpringHttpSessionConfiguration中生成了SessionRepositoryFilter：

@Bean
    public <S extends ExpiringSession> SessionRepositoryFilter<? extends ExpiringSession> springSessionRepositoryFilter(
            SessionRepository<S> sessionRepository) {
        ......
        return sessionRepositoryFilter;
    }
    复制代码

RedisHttpSessionConfiguration类继承关系

**2) filter初始化**

web.xml里面配置的filter是DelegatingFilterProxy。

DelegatingFilterProxy类继承关系

DelegatingFilterProxy初始化入口在其父类GenericFilterBean中：

public final void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
            ......
            // Let subclasses do whatever initialization they like.
            initFilterBean();
            ......
        }
    复制代码

DelegatingFilterProxy去Spring容器取第1步初始化好的springSessionRepositoryFilter：

protected void initFilterBean() throws ServletException {
            synchronized (this.delegateMonitor) {
                if (this.delegate == null) {
                    // If no target bean name specified, use filter name.
                    if (this.targetBeanName == null) {
                        //targetBeanName 为springSessionRepositoryFilter
                        this.targetBeanName = getFilterName();
                    }
                    WebApplicationContext wac = findWebApplicationContext();
                    if (wac != null) {
                        this.delegate = initDelegate(wac);
                    }
                }
            }
        }
    复制代码

至此 sessionRepositoryFilter 初始化完成，DelegatingFilterProxy 实际代理了SessionRepositoryFilter。

SessionRepositoryFilter 工作核心流程：

protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request,
               HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)
               throws ServletException, IOException {
           request.setAttribute(SESSION_REPOSITORY_ATTR, this.sessionRepository);
           //包装了HttpServletRequest，覆写了HttpServletRequest中 getSession(boolean create)方法
           SessionRepositoryRequestWrapper wrappedRequest = new SessionRepositoryRequestWrapper(
                   request, response, this.servletContext);
                 ......
           try {
               filterChain.doFilter(strategyRequest, strategyResponse);
           }
           finally {
               //保证session持久化
               wrappedRequest.commitSession();
           }
       }
    复制代码

### 4、缓存机制 ###

每一个session，Redis实际缓存的数据如下：

> spring:session:sessions:1b8b2340-da25-4ca6-864c-4af28f033327  
> spring:session:sessions:expires:1b8b2340-da25-4ca6-864c-4af28f033327  
> spring:session:expirations:1557389100000

spring:session:sessions为hash结构，存储Spring Session的主要内容：

hgetall spring:session:sessions:1b8b2340-da25-4ca6-864c-4af28f033327
     1) "creationTime"
     2) "\xac\xed\x00\x05sr\x00\x0ejava.lang.Long;\x8b\xe4\x90\xcc\x8f#\xdf\x02\x00\x01J\x00\x05valuexr\x00\x10java.lang.Number\x86\xac\x95\x1d\x0b\x94\xe0\x8b\x02\x00\x00xp\x00\x00\x01j\x9b\x83\x9d\xfd"
     3) "maxInactiveInterval"
     4) "\xac\xed\x00\x05sr\x00\x11java.lang.Integer\x12\xe2\xa0\xa4\xf7\x81\x878\x02\x00\x01I\x00\x05valuexr\x00\x10java.lang.Number\x86\xac\x95\x1d\x0b\x94\xe0\x8b\x02\x00\x00xp\x00\x00\a\b"
     5) "lastAccessedTime"
     6) "\xac\xed\x00\x05sr\x00\x0ejava.lang.Long;\x8b\xe4\x90\xcc\x8f#\xdf\x02\x00\x01J\x00\x05valuexr\x00\x10java.lang.Number\x86\xac\x95\x1d\x0b\x94\xe0\x8b\x02\x00\x00xp\x00\x00\x01j\x9b\x83\x9d\xfd"
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spring:session:sessions:expires 为 string 结构，存储一个空值。

spring:session:expirations为set结构，存储1557389100000 时间点过期的spring:session:sessions:expires键值：

smembers spring:session:expirations:1557389100000
    1) "\xac\xed\x00\x05t\x00,expires:1b8b2340-da25-4ca6-864c-4af28f033327"
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RedisSessionExpirationPolicy，三个键值生成流程：

public void onExpirationUpdated(Long originalExpirationTimeInMilli,
                ExpiringSession session) {
            String keyToExpire = "expires:" + session.getId();
            long toExpire = roundUpToNextMinute(expiresInMillis(session));
                    ......
            //把spring:session:sessions:expires加入到spring:session:expirations开头的key里面
            String expireKey = getExpirationKey(toExpire);
            BoundSetOperations<Object, Object> expireOperations = this.redis
                    .boundSetOps(expireKey);
            expireOperations.add(keyToExpire);
     
            long fiveMinutesAfterExpires = sessionExpireInSeconds
                    + TimeUnit.MINUTES.toSeconds(5);
            //spring:session:expirations开头的key过期时间为xml配置的时间后五分钟
            expireOperations.expire(fiveMinutesAfterExpires, TimeUnit.SECONDS);
            if (sessionExpireInSeconds == 0) {
                this.redis.delete(sessionKey);
            }
            else {
                //spring:session:sessions:expires开头的key过期时间为xml配置的时间
                this.redis.boundValueOps(sessionKey).append("");
                this.redis.boundValueOps(sessionKey).expire(sessionExpireInSeconds,
                        TimeUnit.SECONDS);
            }
            //spring:session:sessions开头的key过期时间为xml配置的时间后五分钟
            this.redis.boundHashOps(getSessionKey(session.getId()))
                    .expire(fiveMinutesAfterExpires, TimeUnit.SECONDS);
        }
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Redis过期键有三种删除策略，分别是定时删除，惰性删除，定期删除。

1.  定时删除：通过维护一个定时器，过期马上删除，是最有效的，但是也是最浪费cpu时间的。
2.  惰性删除：程序在取出键时才判断它是否过期，过期才删除，这个方法对cpu时间友好，对内存不友好。
3.  定期删除：每隔一定时间执行一次删除过期键的操作，并限制每次删除操作的执行时长和频率，是一种折中。

Redis采用了惰性删除和定期删除的策略。由此可见依赖 Redis 的过期策略实时删除过期key是不可靠的。

另外一方面，业务可能会在Spring Session过期后做业务逻辑处理，同时需要session里面的信息，如果只有一个 spring:session:sessions键值，那么Redis删除就删除了，业务没法获取session信息。

spring:session:expirations键中存储了spring:session:sessions:expires键，而spring:session:sessions:expires键过期五分钟早于spring:session:expirations键和spring:session:sessions键（实际Spring Session对于过期事件处理订阅的spring:session:sessions:expires键，下一节会具体讲），这样在订阅到过期事件时还能获取spring:session:sessions键值。

如果通过Redis本身清理机制未及时清除spring:session:sessions:expires，可以通过Spring Session提供的定时任务兜底，保证spring:session:sessions:expires清除。

RedisSessionExpirationPolicy，session清理定时任务

public void cleanExpiredSessions() {
            long now = System.currentTimeMillis();
            long prevMin = roundDownMinute(now);
            ......
            //获取到spring:session:expirations键
            String expirationKey = getExpirationKey(prevMin);
            // 取出当前这一分钟应当过期的 session
            Set<Object> sessionsToExpire = this.redis.boundSetOps(expirationKey).members();
            // 注意：这里删除的是spring:session:expirations键，不是删除 session 本身！
            this.redis.delete(expirationKey);
            for (Object session : sessionsToExpire) {
                String sessionKey = getSessionKey((String) session);
                //遍历一下spring:session:sessions:expires键
                touch(sessionKey);
            }
        }
     
        /**
         * By trying to access the session we only trigger a deletion if it the TTL is
         * expired. This is done to handle
         * https://github.com/spring-projects/spring-session/issues/93
         *
         * @param key the key
         */
        private void touch(String key) {
            //并不是直接删除 key，而只是访问 key，通过惰性删除确保spring:session:sessions:expires键实时删除，
            // 同时也保证多线程并发续签的场景下，key移动到不同spring:session:expirations键里面时，
            //以spring:session:sessions:expires键实际ttl时间为准
            this.redis.hasKey(key);
        }
    复制代码

### 5、事件订阅 ###

默认至少订阅键空间通知gxE事件（[redisdoc.com/topic/notif…][redisdoc.com_topic_notif]

ConfigureNotifyKeyspaceEventsAction，开启键空间通知：

public void configure(RedisConnection connection) {
           String notifyOptions = getNotifyOptions(connection);
           String customizedNotifyOptions = notifyOptions;
           if (!customizedNotifyOptions.contains("E")) {
               customizedNotifyOptions += "E";
           }
           boolean A = customizedNotifyOptions.contains("A");
           if (!(A || customizedNotifyOptions.contains("g"))) {
               customizedNotifyOptions += "g";
           }
           if (!(A || customizedNotifyOptions.contains("x"))) {
               customizedNotifyOptions += "x";
           }
           if (!notifyOptions.equals(customizedNotifyOptions)) {
               connection.setConfig(CONFIG_NOTIFY_KEYSPACE_EVENTS, customizedNotifyOptions);
           }
       }
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RedisHttpSessionConfiguration，注册监听事件：

@Bean
     public RedisMessageListenerContainer redisMessageListenerContainer(
             RedisConnectionFactory connectionFactory,
             RedisOperationsSessionRepository messageListener) {
                 ......
         //psubscribe del和expired事件
         container.addMessageListener(messageListener,
                 Arrays.asList(new PatternTopic("__keyevent@*:del"),
                         new PatternTopic("__keyevent@*:expired")));
         //psubscribe created事件
         container.addMessageListener(messageListener, Arrays.asList(new PatternTopic(
                 messageListener.getSessionCreatedChannelPrefix() + "*")));
         return container;
     }
    复制代码

RedisOperationsSessionRepository，事件处理：

public void onMessage(Message message, byte[] pattern) {
          ......
          if (channel.startsWith(getSessionCreatedChannelPrefix())) {
              ...
              //处理spring:session created事件
              handleCreated(loaded, channel);
              return;
          }
     
          //非spring:session:sessions:expires事件不做处理
          String body = new String(messageBody);
          if (!body.startsWith(getExpiredKeyPrefix())) {
              return;
          }
     
          boolean isDeleted = channel.endsWith(":del");
          if (isDeleted || channel.endsWith(":expired")) {
              ......
              if (isDeleted) {
                  //处理spring:session:sessions:expires del事件
                  handleDeleted(sessionId, session);
              }
              else {
                  //处理spring:session:sessions:expires expired事件
                  handleExpired(sessionId, session);
              }
              ......
              return;
          }
      }
    复制代码

事件订阅样例：

@Component
    public class SessionExpiredListener implements ApplicationListener<SessionExpiredEvent> {
        @Override
        public void onApplicationEvent(SessionExpiredEvent event) {
            ......
        }
    }
    复制代码

### 6、总结 ###

Spring Session给我们提供了很好的分布式环境下资源共享问题解决思路，其基于Servlet 规范实现，业务使用时只需要简单配置就可以实现session共享，做到与业务低耦合，这都是以后我们项目开发中可以借签的设计理念。

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