一、引言
针对企业,为了应对庞大的用户访问压力,目前大多数大型网站服务器都采用集群部署的方式;针对个人,仅一台服务器而言,也会安装多个tomcat进行错时更新,保证更新后台业务时服务不断开,即模拟了集群的运行方式。在此集群中,我们就不得不考虑一个用户鉴权的问题,即在不同服务上如何保证用户均已登录,并能获取相同的用户登录信息。
二、Java Web推荐的(公认的)用户鉴权机制
说此部分之前先了解几个概念:
1.请求,即Request,指客户端向服务器发送的信息,通常是通信的发起方;
2.响应,即Response,指服务器对请求的应答,通常是通信的回复方;
3.会话,即Session,服务器可将请求<->响应这一个完整的过程称为一次会话,并为这次会话生成一个唯一的标识符,即sessionId,用来表示这次会话,Session储存在服务器端;
4.Cookie,客户端保存在本地终端的数据,即Cookie储存在客户端。
Java Web的共用的用户鉴权机制是采用Session-Cookie技术,实现原理是:用户登录时,请求到达服务器,服务器调用通过getSession()方法判断session是否存在,如果不存在,则新建session,并通过其算法为session生成一个随机数作为sessionId,开发者可在session中储存一些用户信息;第二次请求时,如获取用户信息,getSession()方法判断session存在,则取出session,而不是新建,从而从session中获取到用户的相关信息。
客户端请求时,可以将cookie信息储存于request的head中发送给服务器;
服务器响应时,可以将cookie信息置于response中回传给客户端。
如下图代表,名称为test的cookie其值为aaa:
那么getSession()里究竟做了什么?
1.第一次用户请求,客户端本地没有任何数据,即其cookie为空,朝服务器发送request,getSession()中会解析request,发现其约定的cookie为null,则认为没有session,所以会重新创建一个session对象;
2.创建session后会将此session的id放入response中,回传给客户端,客户端则保存response中的cookie;
3.再次请求,服务器getSession()又会重新解析request获取cookie,发现了其中的sessionId,那么根据此sessionId去服务器的中去找,则得到了上次创建的session对象,那么则认为鉴权成功。
如此,便完成了鉴权的整个流程,Java逻辑代码(伪代码)如下:
public HttpSession getSession() { //从request中解析cookie HttpSession session = null; Cookie[] cookies = getRequest().getCookies(); if (cookies != null) { for (Cookie cookie : cookies) { if (cookie.getName().equals("JSESSIONID")) { String sessionId = cookie.getValue(); session = //根据sessionId获取内存中的session对象 } } } if (session == null) { session = //创建一个新的session对象 } //通过response将cookie返回 Cookie cookie = new Cookie("JSESSIONID", session.getId()); getResponse().addCookie(cookie); return session; }
如上,java中将sessionId在cookie中保存的名称叫做“JSESSIONID”,即“Java Session Id”之意,打开浏览器可以看到类型的信息,如图:
三、集群间如何实现session共享
按照前文所说的session-cookie机制,session是保存在每台服务器的,但在集群中,拥有多台服务器,每台各自为政,势必会造成在这台服务器中登录,获取session成功,但是到另一台服务器上,又会获取不到session,造成鉴权失败,这样对用户来说是极不友好的,那么怎么解决这个问题呢?
通过我们以上的分析,即可得出几种处理方式:
A.找一块公共的空间用来储存session,而不是将session储存在集群节点的某台服务器上,此时,每一台服务器都能访问这块空间,从而实现session共享;
B.仍在每台服务器上保存session信息,不作修改,但采用另一种同步机制,实时同步没一台服务器的session信息;
C.构建一种全新的鉴权机制,不采用session-cookie机制,但要去除此鉴权机制对单个服务器的依赖。
综上所述,列举几种的具体实现方案:
1.持久化session到数据库,即使用数据库来储存session。数据库正好是我们普遍使用的公共储存空间,一举两得,推荐使用mysql数据库,轻量并且性能良好。
优点:就地取材,符合大多数人的思维,使用简单,不需要太多额外编码工作
缺点:对mysql性能要求较高,访问mysql需要从连接池中获取连接,又因为大部分请求均需要进行登录鉴权,所以操作数据库非常频繁,当用户量达到一定程度之后,极易造成数据库瓶颈,不适用于处理高并发的情况。
2.使用redis共享session。redis是一个key-value的储存系统。可以简单的将其理解为一个数据库,与传统数据库的区别是,它将数据储存于内存中,并自带有内存到硬盘的序列化策略,即按策略将内存中的数据同步到磁盘,避免数据丢失,是目前比较流行的解决方案。
优点:无需增加数据库的压力,因为数据存储于内存中,所以读取非常快,高性能,并能处理多种类型的数据。
缺点:额外增加一些编码,以便操作redis。
3.使用memcache同步session,memcache可以实现分布式,可将服务器中的内存组合起来,形成一个“内存池”,以此充当公共空间,保存session信息。
优点:数据储存在内存中,读取非常快,性能好;
缺点:memcache把内存分成很多种规格的存储块,有大有小,不能完全利用内存,会产生内存碎片,浪费资源,如果储存块不足,还会产生内存溢出。
4.通过脚本或守护进程在多台服务器之间同步session。
优点:实现了session共享;
缺点:对个人来说实现较为复杂,速度不稳定,有延时性,取决于现实中服务运行状态,偶然性较大,如果用于访问过快,可能出现session还没同步成功的情况。
5.使用NFS共享session。NFS是Network File Server共享服务器的简称,最早由Sun公司为解决Unix网络主机间的目录共享而研发。选择一台公共的NFS做共享服务器,储存所有session数据,每台服务器所需的session均从此处获取。
优点:较好的实现了session共享;
缺点:成本较高,对于个人来说难以实现。NFS依托于复杂的安全机制和文件系统,因此并发效率不高。
6.使用Cookie共享session。此方案可以说是独辟蹊径了,将分布式思想用到了极致。如上文分析所说,session-cookie机制中,session与cookie相互关联,以cookie做中转站,用来找到对应的session,其中session存放在服务器。那么如果将session中的内容存放在cookie中呢,那么则省略了服务器保存session的过程,后台只需要根据cookie中约定的标识进行鉴权校验即可。
优点:完美的贯彻分布式的理念,将每个用户都利用起来,无需耗费额外的服务器资源;
缺点:受http协议头长度限制,cookie中存储的信息不宜过多;为了保持cookie全局有效,所以其一般依赖在根域名下,所以基本上所有的http请求都需要传递cookie中的这些标记信息,所以会占用一些服务器的带宽;鉴权信息全存储于cookie中,cookie存在于客户端,服务器并没有储存相关信息,cookie存在着泄露的可能,或则其他人揣摩出规则后可以进行伪装,其安全性比其他方案差,故需要对cookie中信息进行加密解密,来增强其安全性。
在此,我们将选择方案2使用redis来具体实现集群下的session共享。
四、搭建测试环境
1.为模拟集群环境,需要两台服务器或在一台服务器上安装两个tomcat;
2.使用nginx做集群纷发;
3.安装redis充当公共的空间存储session;
4.框架中编写session储存业务,因为需要使用java操作redis,redis提供了驱动包jedis,故需要掌握jedis进行操作。
五、详细部署
5.1 安装多个tomcat
怎么安装tomcat此处不作说明,只说明安装额外的tomcat,本人原安装的tomcat目录为apache-tomcat-7.0.77
1.拷贝apache-tomcat-7.0.77为apache-tomcat-7.0.77_2
2.修改apache-tomcat-7.0.77_2下conf中server.xml文件端口号
,共三处,将每处在原端口号port之上加1,确保两个tomcat不会共用端口,如下:
<Server port="8006" shutdown="SHUTDOWN"> <Connector port="8081" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" /> <Connector port="8010" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />5.2 更改nginx配置,模拟集群
修改nginx配置文件nginx.conf文件,在server闭包外添加upstream,由上可知两个tomcat端口号分别为8080,8081
#建立集群 upstream not_alone { server localhost:8080; server localhost:8081; } # 转发请求到tomcat下mate项目 location / { proxy_pass http://not_alone/mate/; }
5.2 redis安装与配置
1.下载,官网:https://redis.io/download
2.安装,以4.0.1版本为例
$ wget http://download.redis.io/releases/redis-4.0.1.tar.gz
$ tar xzf redis-4.0.1.tar.gz
$ cd redis-4.0.1
$ make
3.启动
$ src/redis-server
- 1
4.关闭
ctrl + c
5.配置后台启动(redis默认是前台启动,启动成功后界面就持续停止在那个界面上,这对服务器操作很不方便)
#修改其配置文件
vim redis.conf
将daemonize no改为daemonize yes
#保存退出
:wq!
如下图:
6.后台启动
src/redis-server redis.conf
如图:
7.关闭
杀掉redis进程,如图:
8.为redis配置系统服务,本人使用的系统是CentOS 7,需要配置使用systemctl进行管理。
/lib/systemd/system目录下创建文件redis.service,并编辑:
#表示服务信息 [Service] Type=forking #注意:需要和redis.conf配置文件中的信息一致 PIDFile=/var/run/redis_6379.pid #启动服务的命令 #redis-server安装的路径 和 redis.conf配置文件的路径 ExecStart=/server/soft/redis-4.0.1/src/redis-server /server/soft/redis-4.0.1/redis.conf #重新加载命令 ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID #停止服务的命令 ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID PrivateTmp=true #安装相关信息 [Install] #以哪种方式启动 WantedBy=multi-user.target #multi-user.target表明当系统以多用户方式(默认的运行级别)启动时,这个服务需要被自动运行。
更多redis systemctl详细配置,请看:http://blog.csdn.net/u011389474/article/details/72303156
配置成功,启动完成后,通过服务可知其运行状态,如图:
至此,redis已全部安装部署完成。
六、编写代码实现功能
为了测试简便,后台web框架我选择的是JFinal,JFinal是中国开源社区中广受好评的后台轻量级极速web框架,因其操作简单,设计灵活而被大多数开发者所喜爱,有兴趣的朋友可以试试,用一次之后你就会喜欢它的,JFinal社区:http://www.jfinal.com/
这里用JFianl的另一个好处就是JFinal核心库中自带Redis插件,集成了jedis的各种使用方法,这样就不用自己去编写了,省了很大的代码量。Jedis基本操作:http://www.cnblogs.com/edisonfeng/p/3571870.html
为帮助理解代码,Jfinal中连接redis,只需要在主配置文件中编写:
/** * 插件配置 */ @Override public void configPlugin(Plugins me) { /* * Redis配置:连接本地的mate redis库,端口号默认 */ RedisPlugin rp = new RedisPlugin("mate", "localhost"); me.add(rp); }
redis存取数据:
Cache cache = Redis.use(); //存 cache.set(key, value); //取 Object value = cache.get(key); //设置redis过期时间 cache.pexpire(key, time);正式代码如下,我们将会自定义session,每个sesison对象都是唯一的,需要给每个session分配一个唯一id,id生成算法,则可以借用UUID实现,UUID相关介绍: https://baike.baidu.com/item/UUID/5921266?fr=aladdin
自定义随机数工具类:
/** * 随机数工具类 * @author alone */ public class RandomUtils { /** * 获取唯一的可辨识资讯UUID * UUID为128位二进制,每4位二进制=16进制,其添加了四个'-',故总长为36位 * @param 是否删除标记 * @return UUID */ public static String getUUID(boolean rmtag) { String uuid = UUID.randomUUID().toString(); if (rmtag) { uuid = uuid.replace("-", ""); } return uuid; } }自定义RedisSession类,将替代原来的HttpSession:
package com.alone.mate.common; import java.io.Serializable; import java.util.HashMap; import java.util.Map; import com.alone.mate.utils.RandomUtils; import com.jfinal.plugin.redis.Cache; import com.jfinal.plugin.redis.Redis; /** * 自定义ResidSession解决集群会话共享 * @author alone */ @SuppressWarnings("serial") public class RedisSession implements Serializable { private String id; private SessionType type; private long createTime; private long destroyTime; private Map<String, Object> attrs; /** * 会话类型,不同类型的会话其有效期不同 * @author alone */ public enum SessionType { /** * 移动端,类型为1,会话有效期为一周 */ MOBILE(1, 1000 * 60 * 60 * 24 * 7), /** * 网页端,类型为2,会话有效期为半小时 */ BROWSER(2, 1000 * 60 * 30); private int type; private int value; private SessionType(int type, int value) { this.type = type; this.value = value; } public int getType() { return type; } public int getValue() { return value; } public static SessionType getSessionType(int type) { for (SessionType st : SessionType.values()) { if (st.type == type) { return st; } } return null; } } public RedisSession(int sessionType) { this.id = RandomUtils.getUUID(true); this.type = SessionType.getSessionType(sessionType); this.createTime = System.currentTimeMillis(); this.destroyTime = this.createTime + this.type.value; this.attrs = new HashMap<>(); } public Object getAttribute(String key) { return attrs.get(key); } public void setAttribute(String key, Object value) { attrs.put(key, value); Cache cache = Redis.use(); cache.set(this.getId(), this); cache.pexpire(this.getId(), this.getDestroyTime() - System.currentTimeMillis());//set后会将生存时间清零,需要重新设置有效期 } public void removeAttribute(String key) { attrs.remove(key); Cache cache = Redis.use(); cache.set(this.getId(), this); } public String getId() { return id; } public SessionType getType() { return type; } public long getCreateTime() { return createTime; } public long getDestroyTime() { return destroyTime; } public void setDestroyTime(long destroyTime) { this.destroyTime = destroyTime; } }
仿造getSession()实现逻辑在控制器基类BaseController中自定义getSession()方法,获取RedisSession
public class BaseController extends Controller { private static final Logger logger = Logger.getLogger(BaseController.class); private String sessionId; /** * 获取RedisSession * @param sessionType 会话类型 * @return */ @SuppressWarnings("null") public RedisSession getSession(int sessionType) { boolean isReload = false; long now = System.currentTimeMillis(); RedisSession session = null; Cache cache = Redis.use(); if (sessionId == null) { Cookie[] cookies = getRequest().getCookies(); if (cookies != null) { for (Cookie cookie : cookies) { if (cookie.getName().equals("JSESSIONID")) {//查看请求中是否有对应的Cookie记录 sessionId = cookie.getValue();//本地记录此次请求的sessionId,防止在初次请求时后台多次获取session,获取的session均不同 } } } } if (sessionId != null) { session = cache.get(sessionId);//如果有,从redis中取出对应的Session if (session != null) { if (session.getType() == RedisSession.SessionType.BROWSER) { session.setDestroyTime(now + RedisSession.SessionType.BROWSER.getValue());//若会话类型为浏览器则刷新其会话有效期 isReload = true; logger.info("刷新会话时间,JSESSIONID:" + session.getId() + ",延长:" + RedisSession.SessionType.BROWSER.getValue()/1000/60/60.0 + "小时"); } if (session.getDestroyTime() < now) {//若会话过期,从redis中删除 cache.del(session.getId()); session = null; logger.info("删除过期会话,JSESSIONID:" + session.getId()); } } } if (session == null) { session = new RedisSession(sessionType);//若请求中没有对应Cookie记录,创建新的session sessionId = session.getId();//本地记录此次请求的sessionId,防止在初次请求时后台多次获取session,获取的session均不同 isReload = true; logger.info("创建新会话,JSESSIONID:" + session.getId() + ",有效时间:" + (session.getDestroyTime() - now)/1000/60/60.0 + "小时"); } if (isReload) {//session生命周期发生变化,需要重新redis中存储数据 cache.set(session.getId(), session);//将session存入redis中 cache.pexpire(session.getId(), session.getDestroyTime() - now);//设定redis数据储存有效期 } Cookie cookie = new Cookie("JSESSIONID", session.getId()); cookie.setPath("/"); cookie.setHttpOnly(true); getResponse().addCookie(cookie);//将cookie返回 return session; } }
说明:
以上代码中,设想服务器给移动端和网页端同时提供服务,为了优化,但我希望移动端不需要频繁登录,就像微信一样,我将这个时间暂设一周;而网页端的话,session生存周期较短,只有半个小时,并且每次鉴权都刷新其可用时间,移动端只倒计时就可以了,一周登录一次就可以了。redis自带有过期策略,可以很好的实现这一点,同时为了保险起见,也手动验证了一下如过期,进行删除。为了避免初次请求时,多次调用getSession()生成多个session,故在创建session成功后记录其sessionId,再次调用getSession()时可对其进行验证。
七、结果测试
1.在Controller中编写两个接口,一为登录接口,登录成功,储存用户uid;二为验证登录接口,获取登录信息:
public void redisLogin() { RedisSession session = getSession(RedisSession.SessionType.BROWSER.getType()); session.setAttribute("uid", 1); renderText("登录成功,sessionId:" + session.getId()); } public void redisCheckLogin() { RedisSession session = getSession(RedisSession.SessionType.BROWSER.getType()); int uid = (int) session.getAttribute("uid"); renderText("sessionId:" + session.getId() + ", uid: " + uid); }2.配置nginx分别跳转到不同tomcat下的不同接口
#测试登录接口跳到8080 location = /tomcat1 { proxy_pass http://localhost:8080/mate/test/redisLogin; } #校验登录接口跳到8081 location = /tomcat2 { proxy_pass http://localhost:8081/mate/test/redisCheckLogin; }
3.开启redis,nginx,两个tomcat下运行同样的项目,在浏览器中调用接口进行测试。
调用tomcat1的登录接口
日志:
调用tomcat2的登录接口
日志:
可以看到,两个tomcat中的信息完全一样,很好的达到了我们预计的效果。