在上文Nginx+Tomcat關于Session的管理中簡單介紹了如何使用redis來集中管理session，本文首先將介紹默認的管理器是如何管理Session的生命周期的，然后在此基礎上對Redis集中式管理Session進行分析。

Tomcat Manager介紹

上文中在Tomcat的context.xml中配置了Session管理器RedisSessionManager，實現了通過redis來存儲session的功能；Tomcat本身提供了多種Session管理器，如下類圖：

1.Manager接口類

定義了用來管理session的基本接口，包括：createSession，findSession，add，remove等對session操作的方法；還有getMaxActive，setMaxActive，getActiveSessions活躍會話的管理；還有Session有效期的接口；以及與Container相關聯的接口；

2.ManagerBase抽象類

實現了Manager接口，提供了基本的功能，使用ConcurrentHashMap存放session，提供了對session的create，find，add，remove功能，并且在createSession中了使用類SessionIdGenerator來生成會話id，作為session的唯一標識；

3.ClusterManager接口類

實現了Manager接口，集群session的管理器，Tomcat內置的集群服務器之間的session復制功能；

4.ClusterManagerBase抽象類

繼承了ManagerBase抽象類，實現ClusterManager接口類，實現session復制基本功能；

5.PersistentManagerBase抽象類

繼承了ManagerBase抽象類，實現了session管理器持久化的基本功能；內部有一個Store存儲類，具體實現有：FileStore和JDBCStore；

6.StandardManager類

繼承ManagerBase抽象類，Tomcat默認的Session管理器（單機版）；對session提供了持久化功能，tomcat關閉的時候會將session保存到javax.servlet.context.tempdir路徑下的SESSIONS.ser文件中，啟動的時候會從此文件中加載session；

7.PersistentManager類

繼承PersistentManagerBase抽象類，如果session空閑時間過長，將空閑session轉換為存儲，所以在findsession時會首先從內存中獲取session，獲取不到會多一步到store中獲取，這也是PersistentManager類和StandardManager類的區別；

8.DeltaManager類

繼承ClusterManagerBase，每一個節點session發生變更(增刪改)，都會通知其他所有節點，其他所有節點進行更新操作，任何一個session在每個節點都有備份；

9.BackupManager類

繼承ClusterManagerBase，會話數據只有一個備份節點，這個備份節點的位置集群中所有節點都可見；相比較DeltaManager數據傳輸量較小，當集群規模比較大時DeltaManager的數據傳輸量會非常大；

10.RedisSessionManager類

繼承ManagerBase抽象類，非Tomcat內置的管理器，使用redis集中存儲session，省去了節點之間的session復制，依賴redis的可靠性，比起sessin復制擴展性更好；

Session的生命周期

1.解析獲取requestedSessionId

當我們在類中通過request.getSession()時，tomcat是如何處理的，可以查看Request中的doGetSession方法：

protected Session doGetSession(boolean create) {
 
  // There cannot be a session if no context has been assigned yet
  Context context = getContext();
  if (context == null) {
    return (null);
  }
 
  // Return the current session if it exists and is valid
  if ((session != null) && !session.isValid()) {
    session = null;
  }
  if (session != null) {
    return (session);
  }
 
  // Return the requested session if it exists and is valid
  Manager manager = context.getManager();
  if (manager == null) {
    return null;    // Sessions are not supported
  }
  if (requestedSessionId != null) {
    try {
      session = manager.findSession(requestedSessionId);
    } catch (IOException e) {
      session = null;
    }
    if ((session != null) && !session.isValid()) {
      session = null;
    }
    if (session != null) {
      session.access();
      return (session);
    }
  }
 
  // Create a new session if requested and the response is not committed
  if (!create) {
    return (null);
  }
  if ((response != null) &&
      context.getServletContext().getEffectiveSessionTrackingModes().
      contains(SessionTrackingMode.COOKIE) &&
      response.getResponse().isCommitted()) {
    throw new IllegalStateException
    (sm.getString("coyoteRequest.sessionCreateCommitted"));
  }
 
  // Re-use session IDs provided by the client in very limited
  // circumstances.
  String sessionId = getRequestedSessionId();
  if (requestedSessionSSL) {
    // If the session ID has been obtained from the SSL handshake then
    // use it.
  } else if (("/".equals(context.getSessionCookiePath())
      && isRequestedSessionIdFromCookie())) {
    /* This is the common(ish) use case: using the same session ID with
     * multiple web applications on the same host. Typically this is
     * used by Portlet implementations. It only works if sessions are
     * tracked via cookies. The cookie must have a path of "/" else it
     * won't be provided for requests to all web applications.
     *
     * Any session ID provided by the client should be for a session
     * that already exists somewhere on the host. Check if the context
     * is configured for this to be confirmed.
     */
    if (context.getValidateClientProvidedNewSessionId()) {
      boolean found = false;
      for (Container container : getHost().findChildren()) {
        Manager m = ((Context) container).getManager();
        if (m != null) {
          try {
            if (m.findSession(sessionId) != null) {
              found = true;
              break;
            }
          } catch (IOException e) {
            // Ignore. Problems with this manager will be
            // handled elsewhere.
          }
        }
      }
      if (!found) {
        sessionId = null;
      }
    }
  } else {
    sessionId = null;
  }
  session = manager.createSession(sessionId);
 
  // Creating a new session cookie based on that session
  if ((session != null) && (getContext() != null)
      && getContext().getServletContext().
      getEffectiveSessionTrackingModes().contains(
          SessionTrackingMode.COOKIE)) {
    Cookie cookie =
        ApplicationSessionCookieConfig.createSessionCookie(
            context, session.getIdInternal(), isSecure());
 
    response.addSessionCookieInternal(cookie);
  }
 
  if (session == null) {
    return null;
  }
 
  session.access();
  return session;
}

如果session已經存在，則直接返回；如果不存在則判定requestedSessionId是否為空，如果不為空則通過requestedSessionId到Session manager中獲取session，如果為空，并且不是創建session操作，直接返回null；否則會調用Session manager創建一個新的session；

關于requestedSessionId是如何獲取的，Tomcat內部可以支持從cookie和url中獲取，具體可以查看CoyoteAdapter類的postParseRequest方法部分代碼：

String sessionID;
if (request.getServletContext().getEffectiveSessionTrackingModes()
    .contains(SessionTrackingMode.URL)) {
 
  // Get the session ID if there was one
  sessionID = request.getPathParameter(
      SessionConfig.getSessionUriParamName(
          request.getContext()));
  if (sessionID != null) {
    request.setRequestedSessionId(sessionID);
    request.setRequestedSessionURL(true);
  }
}
 
// Look for session ID in cookies and SSL session
parseSessionCookiesId(req, request);

可以發現首先去url解析sessionId，如果獲取不到則去cookie中獲取，此處的SessionUriParamName=jsessionid；在cookie被瀏覽器禁用的情況下，我們可以看到url后面跟著參數jsessionid=xxxxxx；下面看一下parseSessionCookiesId方法：

String sessionCookieName = SessionConfig.getSessionCookieName(context);
 
for (int i = 0; i < count; i++) {
  ServerCookie scookie = serverCookies.getCookie(i);
  if (scookie.getName().equals(sessionCookieName)) {
    // Override anything requested in the URL
    if (!request.isRequestedSessionIdFromCookie()) {
      // Accept only the first session id cookie
      convertMB(scookie.getValue());
      request.setRequestedSessionId
        (scookie.getValue().toString());
      request.setRequestedSessionCookie(true);
      request.setRequestedSessionURL(false);
      if (log.isDebugEnabled()) {
        log.debug(" Requested cookie session id is " +
          request.getRequestedSessionId());
      }
    } else {
      if (!request.isRequestedSessionIdValid()) {
        // Replace the session id until one is valid
        convertMB(scookie.getValue());
        request.setRequestedSessionId
          (scookie.getValue().toString());
      }
    }
  }
}

sessionCookieName也是jsessionid，然后遍歷cookie，從里面找出name=jsessionid的值賦值給request的requestedSessionId屬性；

2.findSession查詢session

獲取到requestedSessionId之后，會通過此id去session Manager中獲取session，不同的管理器獲取的方式不一樣，已默認的StandardManager為例：

protected Map
sessions = new ConcurrentHashMap
();
 
public Session findSession(String id) throws IOException {
  if (id == null) {
    return null;
  }
  return sessions.get(id);
}

3.createSession創建session

沒有獲取到session，指定了create=true，則創建session，已默認的StandardManager為例：

public Session createSession(String sessionId) {
   
  if ((maxActiveSessions >= 0) &&
      (getActiveSessions() >= maxActiveSessions)) {
    rejectedSessions++;
    throw new TooManyActiveSessionsException(
        sm.getString("managerBase.createSession.ise"),
        maxActiveSessions);
  }
   
  // Recycle or create a Session instance
  Session session = createEmptySession();
 
  // Initialize the properties of the new session and return it
  session.setNew(true);
  session.setValid(true);
  session.setCreationTime(System.currentTimeMillis());
  session.setMaxInactiveInterval(((Context) getContainer()).getSessionTimeout() * 60);
  String id = sessionId;
  if (id == null) {
    id = generateSessionId();
  }
  session.setId(id);
  sessionCounter++;
 
  SessionTiming timing = new SessionTiming(session.getCreationTime(), 0);
  synchronized (sessionCreationTiming) {
    sessionCreationTiming.add(timing);
    sessionCreationTiming.poll();
  }
  return (session);
 
}

如果傳的sessionId為空，tomcat會生成一個唯一的sessionId，具體可以參考類StandardSessionIdGenerator的generateSessionId方法；這里發現創建完session之后并沒有把session放入ConcurrentHashMap中，其實在session.setId(id)中處理了，具體代碼如下：

public void setId(String id, boolean notify) {
 
  if ((this.id != null) && (manager != null))
    manager.remove(this);
 
  this.id = id;
 
  if (manager != null)
    manager.add(this);
 
  if (notify) {
    tellNew();
  }
}

4.銷毀Session

Tomcat會定期檢測出不活躍的session，然后將其刪除，一方面session占用內存，另一方面是安全性的考慮；啟動tomcat的同時會啟動一個后臺線程用來檢測過期的session，具體可以查看ContainerBase的內部類ContainerBackgroundProcessor：

protected class ContainerBackgroundProcessor implements Runnable {
 
   @Override
   public void run() {
     Throwable t = null;
     String unexpectedDeathMessage = sm.getString(
         "containerBase.backgroundProcess.unexpectedThreadDeath",
         Thread.currentThread().getName());
     try {
       while (!threadDone) {
         try {
           Thread.sleep(backgroundProcessorDelay * 1000L);
         } catch (InterruptedException e) {
           // Ignore
         }
         if (!threadDone) {
           Container parent = (Container) getMappingObject();
           ClassLoader cl =
             Thread.currentThread().getContextClassLoader();
           if (parent.getLoader() != null) {
             cl = parent.getLoader().getClassLoader();
           }
           processChildren(parent, cl);
         }
       }
     } catch (RuntimeException e) {
       t = e;
       throw e;
     } catch (Error e) {
       t = e;
       throw e;
     } finally {
       if (!threadDone) {
         log.error(unexpectedDeathMessage, t);
       }
     }
   }
 
   protected void processChildren(Container container, ClassLoader cl) {
     try {
       if (container.getLoader() != null) {
         Thread.currentThread().setContextClassLoader
           (container.getLoader().getClassLoader());
       }
       container.backgroundProcess();
     } catch (Throwable t) {
       ExceptionUtils.handleThrowable(t);
       log.error("Exception invoking periodic operation: ", t);
     } finally {
       Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);
     }
     Container[] children = container.findChildren();
     for (int i = 0; i < children.length; i++) {
       if (children[i].getBackgroundProcessorDelay() <= 0) {
         processChildren(children[i], cl);
       }
     }
   }
 }

backgroundProcessorDelay默認值是10，也就是每10秒檢測一次，然后調用Container的backgroundProcess方法，此方法又調用Manager里面的backgroundProcess：

public void backgroundProcess() {
  count = (count + 1) % processExpiresFrequency;
  if (count == 0)
    processExpires();
}
 
/**
 * Invalidate all sessions that have expired.
 */
public void processExpires() {
 
  long timeNow = System.currentTimeMillis();
  Session sessions[] = findSessions();
  int expireHere = 0 ;
   
  if(log.isDebugEnabled())
    log.debug("Start expire sessions " + getName() + " at " + timeNow + " sessioncount " + sessions.length);
  for (int i = 0; i < sessions.length; i++) {
    if (sessions[i]!=null && !sessions[i].isValid()) {
      expireHere++;
    }
  }
  long timeEnd = System.currentTimeMillis();
  if(log.isDebugEnabled())
     log.debug("End expire sessions " + getName() + " processingTime " + (timeEnd - timeNow) + " expired sessions: " + expireHere);
  processingTime += ( timeEnd - timeNow );
 
}

processExpiresFrequency默認值是6，那其實最后就是6*10=60秒執行一次processExpires，具體如何檢測過期在session的isValid方法中：

public boolean isValid() {
 
  if (!this.isValid) {
    return false;
  }
 
  if (this.expiring) {
    return true;
  }
 
  if (ACTIVITY_CHECK && accessCount.get() > 0) {
    return true;
  }
 
  if (maxInactiveInterval > 0) {
    long timeNow = System.currentTimeMillis();
    int timeIdle;
    if (LAST_ACCESS_AT_START) {
      timeIdle = (int) ((timeNow - lastAccessedTime) / 1000L);
    } else {
      timeIdle = (int) ((timeNow - thisAccessedTime) / 1000L);
    }
    if (timeIdle >= maxInactiveInterval) {
      expire(true);
    }
  }
 
  return this.isValid;
}

主要是通過對比當前時間到上次活躍的時間是否超過了maxInactiveInterval，如果超過了就做expire處理；

Redis集中式管理Session分析

在上文中使用tomcat-redis-session-manager來管理session，下面來分析一下是如果通過redis來集中式管理Session的；圍繞session如何獲取，如何創建，何時更新到redis，以及何時被移除；

1.如何獲取

RedisSessionManager重寫了findSession方法

public Session findSession(String id) throws IOException {
  RedisSession session = null;
 
  if (null == id) {
   currentSessionIsPersisted.set(false);
   currentSession.set(null);
   currentSessionSerializationMetadata.set(null);
   currentSessionId.set(null);
  } else if (id.equals(currentSessionId.get())) {
   session = currentSession.get();
  } else {
   byte[] data = loadSessionDataFromRedis(id);
   if (data != null) {
    DeserializedSessionContainer container = sessionFromSerializedData(id, data);
    session = container.session;
    currentSession.set(session);
    currentSessionSerializationMetadata.set(container.metadata);
    currentSessionIsPersisted.set(true);
    currentSessionId.set(id);
   } else {
    currentSessionIsPersisted.set(false);
    currentSession.set(null);
    currentSessionSerializationMetadata.set(null);
    currentSessionId.set(null);
   }
  }

sessionId不為空的情況下，會先比較sessionId是否等于currentSessionId中的sessionId，如果等于則從currentSession中取出session，currentSessionId和currentSession都是ThreadLocal變量，這里并沒有直接從redis里面取數據，如果同一線程沒有去處理其他用戶信息，是可以直接從內存中取出的，提高了性能；最后才從redis里面獲取數據，從redis里面獲取的是一段二進制數據，需要進行反序列化操作，相關序列化和反序列化都在JavaSerializer類中：

public void deserializeInto(byte[] data, RedisSession session, SessionSerializationMetadata metadata)
    throws IOException, ClassNotFoundException {
  BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new ByteArrayInputStream(data));
  Throwable arg4 = null;
 
  try {
    CustomObjectInputStream x2 = new CustomObjectInputStream(bis, this.loader);
    Throwable arg6 = null;
 
    try {
      SessionSerializationMetadata x21 = (SessionSerializationMetadata) x2.readObject();
      metadata.copyFieldsFrom(x21);
      session.readObjectData(x2);
    } catch (Throwable arg29) {
  ......
}

二進制數據中保存了2個對象，分別是SessionSerializationMetadata和RedisSession，SessionSerializationMetadata里面保存的是Session中的attributes信息，RedisSession其實也有attributes數據，相當于這份數據保存了2份；

2.如何創建

同樣RedisSessionManager重寫了createSession方法，2個重要的點分別：sessionId的唯一性問題和session保存到redis中;

// Ensure generation of a unique session identifier.
if (null != requestedSessionId) {
 sessionId = sessionIdWithJvmRoute(requestedSessionId, jvmRoute);
 if (jedis.setnx(sessionId.getBytes(), NULL_SESSION) == 0L) {
  sessionId = null;
 }
} else {
 do {
  sessionId = sessionIdWithJvmRoute(generateSessionId(), jvmRoute);
 } while (jedis.setnx(sessionId.getBytes(), NULL_SESSION) == 0L); // 1 = key set; 0 = key already existed
}

分布式環境下有可能出現生成的sessionId相同的情況，所以需要確保唯一性；保存session到redis中是最核心的一個方法，何時更新，何時過期都在此方法中處理；

3.何時更新到redis

具體看saveInternal方法

protected boolean saveInternal(Jedis jedis, Session session, boolean forceSave) throws IOException {
  Boolean error = true;
 
  try {
   log.trace("Saving session " + session + " into Redis");
 
   RedisSession redisSession = (RedisSession)session;
 
   if (log.isTraceEnabled()) {
    log.trace("Session Contents [" + redisSession.getId() + "]:");
    Enumeration en = redisSession.getAttributeNames();
    while(en.hasMoreElements()) {
     log.trace(" " + en.nextElement());
    }
   }
 
   byte[] binaryId = redisSession.getId().getBytes();
 
   Boolean isCurrentSessionPersisted;
   SessionSerializationMetadata sessionSerializationMetadata = currentSessionSerializationMetadata.get();
   byte[] originalSessionAttributesHash = sessionSerializationMetadata.getSessionAttributesHash();
   byte[] sessionAttributesHash = null;
   if (
      forceSave
      || redisSession.isDirty()
      || null == (isCurrentSessionPersisted = this.currentSessionIsPersisted.get())
      || !isCurrentSessionPersisted
      || !Arrays.equals(originalSessionAttributesHash, (sessionAttributesHash = serializer.attributesHashFrom(redisSession)))
     ) {
 
    log.trace("Save was determined to be necessary");
 
    if (null == sessionAttributesHash) {
     sessionAttributesHash = serializer.attributesHashFrom(redisSession);
    }
 
    SessionSerializationMetadata updatedSerializationMetadata = new SessionSerializationMetadata();
    updatedSerializationMetadata.setSessionAttributesHash(sessionAttributesHash);
 
    jedis.set(binaryId, serializer.serializeFrom(redisSession, updatedSerializationMetadata));
 
    redisSession.resetDirtyTracking();
    currentSessionSerializationMetadata.set(updatedSerializationMetadata);
    currentSessionIsPersisted.set(true);
   } else {
    log.trace("Save was determined to be unnecessary");
   }
 
   log.trace("Setting expire timeout on session [" + redisSession.getId() + "] to " + getMaxInactiveInterval());
   jedis.expire(binaryId, getMaxInactiveInterval());
 
   error = false;
 
   return error;
  } catch (IOException e) {
   log.error(e.getMessage());
 
   throw e;
  } finally {
   return error;
  }
 }

以上方法中大致有5中情況下需要保存數據到redis中，分別是：forceSave，redisSession.isDirty()，null == (isCurrentSessionPersisted = this.currentSessionIsPersisted.get())，!isCurrentSessionPersisted以及!Arrays.equals(originalSessionAttributesHash, (sessionAttributesHash = serializer.attributesHashFrom(redisSession)))其中一個為true的情況下保存數據到reids中；

3.1重點看一下forceSave，可以理解forceSave就是內置保存策略的一個標識，提供了三種內置保存策略：DEFAULT,SAVE_ON_CHANGE,ALWAYS_SAVE_AFTER_REQUEST

• DEFAULT：默認保存策略，依賴其他四種情況保存session，

• SAVE_ON_CHANGE：每次session.setAttribute()、session.removeAttribute()觸發都會保存，

• ALWAYS_SAVE_AFTER_REQUEST：每一個request請求后都強制保存，無論是否檢測到變化；

3.2redisSession.isDirty()檢測session內部是否有臟數據

public Boolean isDirty() {
  return Boolean.valueOf(this.dirty.booleanValue() || !this.changedAttributes.isEmpty());
}

每一個request請求后檢測是否有臟數據，有臟數據才保存，實時性沒有SAVE_ON_CHANGE高，但是也沒有ALWAYS_SAVE_AFTER_REQUEST來的粗暴；

3.3后面三種情況都是用來檢測三個ThreadLocal變量；

4.何時被移除

上一節中介紹了Tomcat內置看定期檢測session是否過期，ManagerBase中提供了processExpires方法來處理session過去的問題，但是在RedisSessionManager重寫了此方法

public void processExpires() { }

直接不做處理了，具體是利用了redis的設置生存時間功能，具體在saveInternal方法中：

jedis.expire(binaryId, getMaxInactiveInterval());

總結

本文大致分析了Tomcat Session管理器，以及tomcat-redis-session-manager是如何進行session集中式管理的，但是此工具完全依賴tomcat容器，如果想完全獨立于應用服務器的方案，

Spring session是一個不錯的選擇。