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打造一款属于自己的web服务器——实现Session

2024-07-04 01:06:31 231人阅读

上一次我们已经实现了一个简单的web服务器版本，能够实现一些基本功能，但是在最后也提到了这个版本由于不支持session并不能实现真正的动态交互，这一次我们就来完成这一功能。

一、Session实现原理

凡是搞过web开发的都知道，多数情况下浏览器请求服务器使用的是http请求，而http请求是无状态的，也就是说每次请求服务器都会新建连接，当得到响应后连接就关闭了，虽然http1.1支持持久连接(keep-alive)，但是其最用主要是避免每次重建连接，而非解决用户在线状态等业务上的需求。而如果服务器想知道客户端的状态或是识别客户端，那么就不能像长连接那样通过连接本身实现，而是要通过每次请求时的数据来判断。
我们首先来看一下下图：

从上图我们可以很清楚的看出session是如何实现的，一般在客户端第一次请求的时候，服务器会生成一个session_id(不同服务器可能名字不同，其值是一个唯一串)作为会话标示，同时服务器会生成一个session对象，用来存储该会话相关的数据。在响应时在请求头通过Set-Cookie（用法）可在客户端cookies中添加session_id。之后的访问中，每次服务器都会检测session_是否存在并能找到对应session对象，以此来识别客户端。
这里还有一个问题就是，如果客户端关闭了怎么办？服务器如何知道？实际上服务器并不需要去关心客户端是否失败，通常的做法是给session设置过期时间，每次请求时重置过期时间，如果在过期前一直无请求，则清除该session，这样会话就相当于结束了。这里还需注意一点是，实际情况下设置的客户端session_id一定要是临时cookie，这样在关闭浏览器时session_id会清除，否则你在过期时间内重新打开浏览器还能够继续改会话，明显是不合理（本版本就不考虑这个问题了）。

二、功能设计

和之前一样，我们先来设计一下应该如何在我们的项目中实现。首先，我们来确定一下数据结构。session本身就不必多说了，核心是一个map，存储数据，同时我们还需要记录每个session的最后访问时间，以便处理过期问题。
那么session集合我们怎么存储呢？大家都知道每个web程序启动都会生成一些内置对象，session相当于会话级别的（作用范围是一个会话内），那么还有一个web应用级别的，在该web程序全局可访问。由于session集合在应用多个层次都需要访问，因此我们需要实现一个单例的ApplicationContext，处理全局数据，同时处理session的创建和访问。
接下来我们来设计下如何处理session。首先根据上边介绍，我们应该在接收请求后即判断并生成session，以保证后续业务能获取session，因此我们应该在EHHttpHandler的handler()方法开始就完成这些操作。此外，由于之前设计的在调用controller时我们只传了一个map参数集合，这样在controller中无法获取session，因此调用controller前我们将session放入map中（这只是简单做法，比较好的做法是对参数进行封装，这样如果以后需要拓展参数类型，只需要修改封装后的类即可）。
随后我们还有实现一个定时任务，定期清理过期session。

三、实现代码

思路清晰，代码实现就非常简单了。这里就不再详细介绍每部分代码了，基本上看注释就明白。
首先看下Session和ApplicationContext的代码（话说就没人提议 @红薯加个代码折叠的功能吗）：

/**
 * session数据
 * @author guojing
 * @date 2014-3-17
 */
public class HttpSession {
    Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
    Date lastVisitTime = new Date(); // 最后访问时间

    public void addAttribute(String name, Object value) {
        map.put(name, value);
    }

    public Object getAttribute(String name) {
        return map.get(name);
    }

    public Map<String, Object> getAllAttribute() {
        return map;
    }

    public Set<String> getAllNames() {
        return map.keySet();
    }

    public boolean containsName(String name) {
        return map.containsKey(name);
    }

    public Map<String, Object> getMap() {
        return map;
    }

    public void setMap(Map<String, Object> map) {
        this.map = map;
    }

    public Date getLastVisitTime() {

        return lastVisitTime;
    }

    public void setLastVisitTime(Date lastVisitTime) {
        this.lastVisitTime = lastVisitTime;
    }

}
/**
 * 全局数据和会话相关数据,单例
 * @author guojing
 * @date 2014-3-17
 */
public class ApplicationContext {
    private Map<String, Object> appMap = new HashMap<String, Object>(); // ApplicationContext全局数据

    /**
     * 这里自己也有点搞不清sessionMap是不是有必要考虑线程安全，还请指教
     */
    private ConcurrentMap<String, HttpSession> sessionMap = new ConcurrentHashMap<String, HttpSession>(); // session数据

    private ApplicationContext(){
    }

    /**
     * 内部类实现单例
     */
    private static class ApplicationContextHolder {
        private static ApplicationContext instance = new ApplicationContext();
    }
    
    public static ApplicationContext getApplicationContext() {
        return ApplicationContextHolder.instance;
    }

    public void addAttribute(String name, Object value) {
        ApplicationContextHolder.instance.appMap.put(name, value);
    }

    public Object getAttribute(String name) {
        return ApplicationContextHolder.instance.appMap.get(name);
    }

    public Map<String, Object> getAllAttribute() {
        return ApplicationContextHolder.instance.appMap;
    }

    public Set<String> getAllNames() {
        return ApplicationContextHolder.instance.appMap.keySet();
    }

    public boolean containsName(String name) {
        return ApplicationContextHolder.instance.appMap.containsKey(name);
    }

    public void addSession(String sessionId) {
        HttpSession httpSession = new HttpSession();
        httpSession.setLastVisitTime(new Date());
        ApplicationContextHolder.instance.sessionMap.put(sessionId, httpSession);
    }

    /**
     * 获取session
     */
    public HttpSession getSession(HttpExchange httpExchange) {
        String sessionId = getSessionId(httpExchange);
        if (StringUtil.isEmpty(sessionId)) {
            return null;
        }
        HttpSession httpSession = ApplicationContextHolder.instance.sessionMap.get(sessionId);
        if (null == httpSession) {
            httpSession = new HttpSession();
            ApplicationContextHolder.instance.sessionMap.put(sessionId, httpSession);
        }
        return httpSession;
    }

    /**
     * 获取sessionId
     */
    public String getSessionId(HttpExchange httpExchange) {
        String cookies = httpExchange.getRequestHeaders().getFirst("Cookie");
        String sessionId = "";
        if (StringUtil.isEmpty(cookies)) {
            cookies = httpExchange.getResponseHeaders().getFirst("Set-Cookie");
        }
        
        if (StringUtil.isEmpty(cookies)) {
            return null;
        }

        String[] cookiearry = cookies.split(";");
        for(String cookie : cookiearry){
            cookie = cookie.replaceAll(" ", "");
            if (cookie.startsWith("EH_SESSION=")) {
                sessionId = cookie.replace("EH_SESSION=", "").replace(";", "");
            }
        }
        
        return sessionId;
    }

    /**
     * 获取所有session
     */
    public ConcurrentMap<String, HttpSession> getAllSession() {
        return ApplicationContextHolder.instance.sessionMap;
    }

    /**
     * 设置session最后访问时间
     */
    public void setSessionLastTime(String sessionId) {
        HttpSession httpSession = ApplicationContextHolder.instance.sessionMap.get(sessionId);
        httpSession.setLastVisitTime(new Date());
    }
}

View Code

可以看出这两部分代码十分简单，下边看一下handle中如何处理session：

public void handle(HttpExchange httpExchange) throws IOException {
        try {
            String path = httpExchange.getRequestURI().getPath();
            log.info("Receive a request,Request path:" + path);
            
            // 设置sessionId
            String sessionId = ApplicationContext.getApplicationContext()
                    .getSessionId(httpExchange);
            if (StringUtil.isEmpty(sessionId)) {
                sessionId = StringUtil.creatSession();
                ApplicationContext.getApplicationContext().addSession(sessionId);
            }
            
            //.....其他代码省略
        } catch (Exception e) {
            httpExchange.close();
            log.error("响应请求失败：", e);
        }
    }

    /**
     * 调用对应Controller处理业务
     * @throws UnsupportedEncodingException 
     */
    private ResultInfo invokController(HttpExchange httpExchange) throws UnsupportedEncodingException {
        // 获取参数
        Map<String, Object> map = analysisParms(httpExchange);
        IndexController controller = new IndexController();
        
        // 设置session
        HttpSession httpSession = ApplicationContext.getApplicationContext().getSession(
                httpExchange);
        log.info(httpSession);
        map.put("session", httpSession);
        
        return controller.process(map);
    }

View Code

最后看一下定时任务的实现：

/**
 * 定时清理过期session
 * @author guojing
 * @date 2014-3-17
 */
public class SessionCleanTask extends TimerTask {
    private final Log log = LogFactory.getLog(SessionCleanTask.class);

    @Override
    public void run() {
        log.info("清理session......");
        ConcurrentMap<String, HttpSession> sessionMap = ApplicationContext.getApplicationContext()
                .getAllSession();
        
        Iterator<Map.Entry<String, HttpSession>> it = sessionMap.entrySet().iterator();
        while (it.hasNext()) {
            ConcurrentMap.Entry<String, HttpSession> entry= (Entry<String, HttpSession>) it.next();
            HttpSession httpSession= entry.getValue();
            
            Date nowDate = new Date();
            int diff = (int) ((nowDate.getTime() - httpSession.getLastVisitTime().getTime())/1000/60);
            
            if (diff > Constants.SESSION_TIMEOUT) {
                it.remove();
            }
        }

        log.info("清理session结束");
    }
}

View Code

此次改动的代码就这么多。

四、测试

下边我们来测试一下是否有效。由于目前controller是写死的，只有一个IndexController可用，那么我们就将就着用这个来测试吧，我们先来改一下其process方法的代码：

public ResultInfo process(Map<String, Object> map){

ResultInfo result =new ResultInfo();

// 这里我们判断请求中是否有name参数，如果有则放入session，没有则从session中取出name放入map

HttpSession session = (HttpSession) map.get("session");

if (map.get("name") != null) {

Object name = map.get("name");

session.addAttribute("name", name);

} else {

Object name = session.getAttribute("name");

if (name != null) {

map.put("name", name);

}

result.setView("index");

result.setResultMap(map);

return result;

}

可以看到我们增加了一段代码，作用见注释。然后我们启动服务器，先访问 http://localhost:8899/page/index.page，请求结果如下（我那高大上的logo就不截了^_^）：

可以看到name由于没有值，所以未解析，再来访问 http://localhost:8899/page/index.page?name=guojing，结果如下：

这次发现有值了，但是看代码我们知道这应该是请求参数的值，并非从session中取得，我们再来访问 http://localhost:8899/page/index.page ，这次应该会从session中取值，因此照样能输出guojing，结果如下：

说明session已经起作用了，你还可以等sesion清理后看下是否还有效。ApplicationContext测试方法一样。

五、总结

本次实现的功能应该说是点睛之笔，session的实现从根本上提供了动态交互的支持，现在我们能够实现登陆之类的功能的。但是正如上边提到的，现在整个项目还很死板，我们目前只能使用一个controller，想要实现多个则需要根据请求参数进行判断，那么下一版本我们就来处理这一问题，我们将通过注解配置多个controller，并通过反射来进行加载。
最后献上福利，learn-2源码（对应的master为完整项目）：源码

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一、Session实现原理

二、功能设计

三、实现代码

四、测试

五、总结

看完仍有疑问？有类似问题直接问程序猿