7.会话

7.1 Session 的基本概念

7.1.1 什么是 Session

我们都知道，浏览器中的网络通讯功能大多数是基于 HTTP 协议来实现的。 HTTP 协议的第一个版本 v0.9 出现于 1991 年，这是一个非常粗糙的版本，v0.9 对很多机制没有做出明确的定义和描述，后来经过 30 多年的发展才逐步完善起来。以下是 HTTP 协议的演进历程：

(数据来源：wiki)

HTTP 被设计成了一种无状态的协议，所谓的无状态，具体的含义是：

• 每个请求都是独立的：每次浏览器向服务器发送请求时，服务器并不知道之前的请求或之后的请求。这意味着服务器无法记住用户的状态或之前的操作。
• 没有记忆：服务器不会自动记住用户的历史信息或操作，每次用户访问网站时，服务器都把它当作一个新的请求来处理。

在早期的 HTTP 协议(v0.9)中，完全没有 Session 的概念，只描述了一种叫做 Cookie 的机制，用来临时存储用户相关的信息。1994 年，Netscape（网景） 公司发布了人类历史上第一款商用浏览器 Navigator （领航者）。当时，网景公司的员工 Lou Montulli 和 John Giannandrea 想要实现"购物车"功能，显然，"购物车"必须能够"记住"用户的登录状态，否则服务端根本无法知道哪个请求(Requeset)是哪个用户发出的。于是，他们在 Navigator 浏览器中实现了一种叫做"Persistent Cookie（持久化 Cookie）"的机制，这一机制影响非常深远，直到今天依然没有本质性的变化。

早期，并没有一个正式的标准来规范 Cookie 的使用方式。数年之后，根据 Netscape 的提议，IETF 和其他标准组织才开始对 Cookie 进行标准化，这些标准化的细节描述请参见 RFC6265 和 RFC2965 等文件。

开发者需要知道：Session 功能是依赖于 Cookie 实现的，如果浏览器禁用了 Cookie 功能，就无法维持用户的会话了。

7.1.2 Session Cookie 与 Persistent Cookie 对比

**本质上说， Session 机制是浏览器与服务端共同配合完成的，它们通过 SessionID 给每一个请求打上标记。**为了更好地理解 Session 机制，以下两个小节分别描述浏览器和服务端是如何实现 Session 的：

• 浏览器中的 Cookie 实现方式，以开源的浏览器引擎 webkit 为例说明。
• JDK 和 web 容器中的 Session 实现方式。

提示：以下两个小节中引用的源代码只是为了探索 Session 机制在最底层的实现方式，读者只要大致理解其中的机制即可，无需记忆任何内容。对底层机制感兴趣的读者可以在 github 上或者 JDK 中找到源代码，它们都是开源的，非常适合用来学习和研究。

7.2 webkit 引擎中的 Cookie 实现

我们先来看浏览器端是如何利用 Cookie 机制实现 Session（会话）的。

WebKit 是一个开源的浏览器内核，广泛用于浏览器如 Safari 和其他基于 WebKit 的浏览器中。WebKit 实现了 Session Cookie 的存储和管理机制。虽然 WebKit 的代码库非常庞大且复杂，以下是一个简化的概述以及关键代码片段来帮助你理解 Session Cookie 的实现。

在 WebKit 中，Session Cookie 是在浏览器内存中存储的，而不是持久化到磁盘上。WebKit 主要通过 WebCore 模块来处理 Cookie。以下是实现的关键步骤：

1. 设置 Cookie：当服务器响应中包含 Cookie 时，WebKit 会将其解析并存储在内存中的 Cookie 管理器中。Session Cookie 没有设置过期时间，因此在浏览器会话结束后会被丢弃。

2. 存储和管理 ：WebKit 使用 CookieManager 类来管理所有 Cookie，包括 Session Cookie。这个类负责处理 Cookie 的存储、更新和删除。

3. 发送 Cookie ：每当浏览器发起 HTTP 请求时，CookieManager 会自动检查请求的域名，并将相关的 Cookie（包括 Session Cookie）添加到请求头中。

以下是一个简化的代码片段，展示了 WebKit 中如何处理 Session Cookie 的设置。代码摘自 WebKit 的实现（注意，实际代码可能会有所不同，以下只是一个概念上的示例）：

设置 Session Cookie

void CookieManager::setCookie(const String& cookieString, const URL& url)
{
    // 解析 Cookie 字符串
    RefPtr<Cookie> cookie = Cookie::create(cookieString, url);

    // 检查是否是 Session Cookie（没有设置 Expires 属性）
    if (cookie->expiresAt().isNull()) {
        // Session Cookie
        m_sessionCookies.append(cookie);
    } else {
        // 持久化 Cookie
        m_persistentCookies.append(cookie);
    }
}

发送 Cookie

void CookieManager::addCookiesToRequest(WebCore::ResourceRequest& request)
{
    // 获取请求的 URL
    const URL& url = request.url();

    // 选择与请求 URL 匹配的 Cookie
    Vector<RefPtr<Cookie>> cookiesToSend;
    for (const auto& cookie : m_sessionCookies) {
        if (cookie->matches(url)) {
            cookiesToSend.append(cookie);
        }
    }

    // 将 Cookie 添加到请求头
    if (!cookiesToSend.isEmpty()) {
        String cookieHeader = "Cookie: ";
        for (const auto& cookie : cookiesToSend) {
            cookieHeader += cookie->name() + "=" + cookie->value() + "; ";
        }
        request.setHTTPHeaderField(HTTPHeaderName::Cookie, cookieHeader);
    }
}

Cookie 类的具体代码：

#include <wtf/text/WTFString.h>
#include <wtf/RefCounted.h>
#include <wtf/URL.h>
#include <wtf/Time.h>

class Cookie : public RefCounted<Cookie> {
public:
    // 构造函数
    Cookie(const String& name, const String& value, const String& domain, const String& path, bool isSecure, bool isHttpOnly, WallTime expiry)
        : m_name(name)
        , m_value(value)
        , m_domain(domain)
        , m_path(path)
        , m_isSecure(isSecure)
        , m_isHttpOnly(isHttpOnly)
        , m_expiry(expiry)
    {
    }

    // 获取 cookie 的基本属性
    const String& name() const { return m_name; }
    const String& value() const { return m_value; }
    const String& domain() const { return m_domain; }
    const String& path() const { return m_path; }
    bool isSecure() const { return m_isSecure; }
    bool isHttpOnly() const { return m_isHttpOnly; }
    WallTime expiry() const { return m_expiry; }

    // 检查该 cookie 是否已过期
    bool isExpired() const {
        return WallTime::now() >= m_expiry;
    }

    // 检查该 cookie 是否与给定的 URL 匹配
    bool matches(const URL& url) const {
        if (isExpired())
            return false;

        // 检查域名是否匹配
        if (!url.host().endsWith(m_domain))
            return false;

        // 检查路径是否匹配
        if (!url.path().startsWith(m_path))
            return false;

        // 检查是否需要安全连接
        if (m_isSecure && !url.protocolIs("https"))
            return false;

        return true;
    }

private:
    String m_name;
    String m_value;
    String m_domain;
    String m_path;
    bool m_isSecure;
    bool m_isHttpOnly;
    WallTime m_expiry;
};

NetworkSession 类的具体代码：

class NetworkSession {
  public:
      static Ref<NetworkSession> create(SessionID, const NetworkProcess&, PAL::SessionID);

      SessionID sessionID() const { return m_sessionID; }

      //注意这里，实际上在使用 Cookie
      CookieStorage& cookieStorage() { return m_cookieStorage; }

      void close();

  private:
      SessionID m_sessionID;
      Ref<CookieStorage> m_cookieStorage;
};

CookieStorage 的具体代码：

class CookieStorage {
  public:
      void setCookie(const URL& url, const Cookie& cookie);
      Vector<Cookie> cookiesForURL(const URL& url) const;

  private:
      HashMap<String, Cookie> m_cookies;
};

1. 设置 Cookie ：在 setCookie 方法中，首先解析传入的 Cookie 字符串。如果 Cookie 没有设置 Expires 属性，它被视为 Session Cookie，并存储在 m_sessionCookies 中。否则，它被视为持久化 Cookie，并存储在 m_persistentCookies 中。

2. 发送 Cookie ：在 addCookiesToRequest 方法中，检查当前请求的 URL，并将与之匹配的 Session Cookie 添加到 HTTP 请求头中。

3. Cookie 具体的定义 ：Cookie 类定义了具体的数据结构。

4. NetworkSession ：NetworkSession 是 WebKit 中会话的主要管理类。它处理会话期间的网络请求及相关数据，如 Cookies 和缓存信息。

WebKit 中的 NetworkSession 通过 CookieManager 类来存储和管理 Cookie，确保它们仅在浏览器会话期间有效。这个机制包括设置、存储和发送 Session Cookie 的全过程。

以下是浏览器发送 Session Cookie 的实例图：

服务端开启 Session 后，会生成一个 SessionID ，然后通过响应头中的 Set-Cookie 将会话 SessionID 发送给浏览器，数据格式如下：

Set-Cookie: JSESSIONID=abc123; Path=/; HttpOnly

浏览器接收到 Set-Cookie 响应后，会将 SessionID 保存为 Cookie ，在随后的请求中，浏览器会自动在请求头（Request Header）中附加 Cookie: JSESSIONID=abc123，将 SessionID 发送给服务器。默认情况下，JSESSIONID 存储在浏览器的内存中，也就是 Session Cookie （会话 Cookie ）。当浏览器关闭时，这个 Session Cookie 就会被删除， JSESSIONID 也会丢失。这个机制意味着在浏览器重新打开后，之前的会话信息不会被保留，用户需要重新登录或重新开始一个新的会话。如果希望 JSESSIONID 在浏览器关闭后仍然保留，可以将 JSESSIONID 设置为 Persistent Cookie （持久化 Cookie）。服务端代码需要设置 Set-Cookie 响应头中的 Expires 或 Max-Age 属性，使 JSESSIONID 在浏览器关闭后依然有效。例如：

Set-Cookie: JSESSIONID=abc123; Path=/; HttpOnly; Max-Age=86400

简而言之，在 HTTP 协议层面上，主要通过 Cookie 机制传递会话 ID，以实现服务器和客户端间的状态保持。客户端的每次请求都带上会 SessionID ，服务器通过 SessionID 来判断多次请求是否来自于同一个客户端。 Cookie 分两种， Session Cookie 和 Persistent Cookie ， Session Cookie 默认存放在浏览器运行时内存中，一旦浏览器关闭就会消失；Persistent Cookie 会保存到文件系统上，但是要求服务端要主动设置响应头中的 Max-Age 属性才会持久化。

以上处理两种 Cookie 的过程是由服务端和浏览器内核配合完成的，存储和发送 Cookie 的流程在上面 webkit 的源代码中已经进行了解释。

7.3 JDK 与 web 容器的 Session 实现

我们再来看服务端是如何实现 Session 的。

实际上，市面上大多数编程语言都内置了对 Session 的支持，例如：Java、NodeJS、Python、C#、Ruby 等。在这一小节中，我们来看 Java 技术体系是如何支持 Session 机制的。

7.3.1 Java 语言层面对 Session 的支持

在 Java 语言层面， javax.servlet 包下，与 Session 相关的类引用关系如下图：

7.3.2 web 容器对 Session 的支持

主流的 web 容器，例如 Tomcat 和 Jetty 也内置了对 Session 的支持，在 Tomcat 中，与 Session 相关的类引用关系如下：

7.3.3 开发框架对 Session 的支持-Spring

主流的开发框架，如 Spring ，也内置了对 Session 的支持。

Spring 通过 Spring Session 框架为应用提供了对会话管理的支持，特别是在分布式环境中，这样可以更灵活地在不同的存储（如 Redis、JDBC、Hazelcast 等）之间管理会话。Spring Session 提供了几个关键的类和接口来支持会话的创建、存储、管理和过期控制。以下是 Spring Session 中支持会话的核心类和接口以及其主要机制：

Spring Session 的主要运行机制如下：

1. 会话管理 ：SessionRepository 负责创建和持久化会话数据，配合 SessionRepositoryFilter 将会话请求代理到自定义的会话存储。这样，可以将会话存储在集中化的存储（如 Redis）中，从而实现分布式会话管理。

2. Session ID 生成与验证 ：Spring Session 使用 SessionIdResolver 来生成和解析会话 ID，通常以 cookie 或 HTTP 头的形式传递。默认的 CookieHttpSessionIdResolver 使用 Cookie 存储会话 ID，确保每个请求能正确关联会话。

3. 会话并发控制 ：通过 FindByIndexNameSessionRepository 和 SpringSessionBackedSessionRegistry，Spring Session 可以与 Spring Security 集成，支持会话并发控制和会话失效策略。

4. 会话过期和清理 ：SessionRepository 的实现类（如 Redis 和 JDBC 实现）支持会话过期策略。例如，Redis 的 TTL 可以用于会话的自动过期，确保会话在超时后自动清除。

7.4 Shiro 的 Session 架构

到这里为止，我们对 Session 机制有了基本的理解。但是，在谈论 Shiro 的 Session 架构之前，我们需要再次回顾 Shiro 框架的定位：Shiro 是一个安全框架，它的核心功能是实现验证和授权，简单说就是为了权限控制 。所以， Shiro 定义的 Session 机制并不是为了取代 Java 标准的 HttpSession 。基于这样的设计目的，开发者在使用 Shiro 时需要注意：不要在 Shiro 这一层级上操作普通的业务数据，因为 Shiro 是一个安全框架，它应该只处理与权限相关的数据。 比较合理的用法是：

• 安全相关数据 ：如用户角色（Roles）、权限列表（Permissions），应该基于 Shiro 的 Session 接口进行操作， Shiro 实现了一系列的工具方法来控制和监听 Session ，而标准的 HttpSession 并不具备这些功能。
• 普通的业务数据 ：如购物车、用户偏好设置等，这些属于普通的业务数据，应该基于 Servlet 容器的 HttpSession 接口进行操作。

接下来，我们来分析 Shiro 的 Session 架构和源代码。

7.4.1 Shiro 自己定义的顶级 Session 接口

Shiro 自己设计了一个独立的顶级 Session 接口，如下图所示：

这样设计带来更好的灵活性： Shiro 可以在任意业务环境中使用，而不仅仅是 web 环境。为了方便使用，Shiro 内置了两个具体的实现类：HttpServletSession 和 SimpleSession 。

需要注意，在发布时， Shiro 把 SimpleSession 和 HttpServletSession 放到了不同的 jar 包中。 SimpleSession 在 shiro-core-xxx.jar 中，而 HttpServletSession 在 shiro-web-xxx.jar 中，这是非常贴心的处理，在非 web 应用中，可以不必导入 shiro-web-xxx.jar 包。

另一个重要的注意点： Shiro 实现的 Session 机制并不是为了取代 Java 标准的 HttpSession ，因为 Shiro 的关注点是安全，而不是普通的业务数据。

以下是 Shiro 的 Session 接口与 Java 标准的 HttpSession 接口对比：

现在，我们知道 Shiro 内部有自己的 Session 机制， 对于 Java 标准的 HttpSession 接口，常见的 web 容器都提供了具体实现，例如 Tomcat 中提供的 StandardSession 。那么，问题就来了，如何集成在一起呢？因为双方都有自己的一套实现，而且接口存在差异，到底以谁的实现为准呢？很明显，这里需要一个桥梁进行"适配"：

• HttpServletSession ：负责把 Java 标准的 HttpSession 类型包装 成 Shiro 内部的 org.apache.shiro.session.Session 类型。因为 HttpServletSession 实现了 Shiro 自己定义的 Session 接口，所以 Shiro 内部的代码在拿到 HttpServletSession 的实例时，可以当成 Session 的实现类来操作。
• ShiroHttpSession ：它的设计目的刚好相反，它负责把 Shiro 内部的 org.apache.shiro.session .Session 类型包装成 Java 标准的 HttpSession 类型。因为 ShiroHttpSession 实现了 Java 标准的 HttpSession 接口，所以，当 Shiro 框架之外的代码接收到 ShiroHttpSession 类型的实例时，可以当成 Java 标准的 HttpSession 类型进行操作。

很明显，这是装饰器模式 的一种典型使用方式。简单地说：装饰器内部持有一个原始类型的实例，然后装饰器自己声明成目标接口类型，这样一来，调用方并不知道拿到的实例类型实际上是什么，因为对于 Java 语言来说，只要能通过类型检查就可以。这种"套壳"的方式带来的好处是：不用修改原始类型的代码，就可以修改或者新增一些额外的行为。

知道了这两个类的设计目的之后，接下来我们开始详细阅读它们的代码。

7.4.2 HttpServletSession

我们来对比一下 Shiro 的 HttpServletSession 和 Tomcat 中的 StandardSession 实现：

在 HttpServletSession 的构造方法中，调用者必须提供一个 Java 标准 HttpSession 类的实例，源代码如下：

public class HttpServletSession implements Session {

    //...

    private HttpSession httpSession = null;

    public HttpServletSession(HttpSession httpSession, String host) {
        if (httpSession == null) {
            String msg = "HttpSession constructor argument cannot be null.";
            throw new IllegalArgumentException(msg);
        }
        if (httpSession instanceof ShiroHttpSession) {
            String msg = "HttpSession constructor argument cannot be an instance of ShiroHttpSession.  This " +
                    "is enforced to prevent circular dependencies and infinite loops.";
            throw new IllegalArgumentException(msg);
        }
        this.httpSession = httpSession;
        if (StringUtils.hasText(host)) {
            setHost(host);
        }
    }

    //...
}

很明显，Shiro 的 HttpServletSession 只是"装饰"了一下原始的 Java HttpSession 实例，把它"变成了" Shiro 自己定义的 Session 类型，因为 HttpServletSession 实现了 org.apache.shiro.session .Session 。这样一来， Shiro 的使用者在拿到会话的实例之后，可以完全当成 org.apache.shiro.session.Session 类型进行操作。

注意：Shiro 并没有提供方法把传进来的 Java HttpSession 实例再次暴露出来，从这一点我们能看出 Shiro 在架构上的意图：在 Shiro 内部，希望开发者都基于 org.apache.shiro.session.Session 类型去编写代码，而不要依赖 Java 标准的 HttpSession ，当然，最好也不要直接依赖 HttpServletSession 类型。

ServletContainerSessionManager 中创建 HttpServletSession 实例的源代码：

protected Session createSession(SessionContext sessionContext) throws AuthorizationException {
    if (!WebUtils.isHttp(sessionContext)) {
        String msg = "SessionContext must be an HTTP compatible implementation.";
        throw new IllegalArgumentException(msg);
    }

    HttpServletRequest request = WebUtils.getHttpRequest(sessionContext);

    HttpSession httpSession = request.getSession();

    //SHIRO-240: DO NOT use the 'globalSessionTimeout' value here on the acquired session.
    //see: https://issues.apache.org/jira/browse/SHIRO-240

    String host = getHost(sessionContext);

    return createSession(httpSession, host);
}

protected Session createSession(HttpSession httpSession, String host) {
    return new HttpServletSession(httpSession, host);
}

7.4.3 ShiroHttpSession

反过来， ShiroHttpSession 的作用是把 org.apache.shiro.session .Session 类型包装成 Java 标准的 HttpSession ，这样外部的 web 应用拿到运行时实例后，可以当成标准的 HttpSession 来使用。

在 org.apache.shiro.web.servlet 包中， Shiro 还封装了一组适配器，用来适配标准 web 容器相关的接口。

在 ShiroHttpServletRequest 中创建 ShiroHttpSession 的源代码：

package org.apache.shiro.web.servlet;

import org.apache.shiro.session.InvalidSessionException;
import org.apache.shiro.session.Session;
import org.apache.shiro.web.session.HttpServletSession;

import javax.servlet.ServletContext;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
**import javax.servlet.http.HttpSession;**
import javax.servlet.http.HttpSessionBindingEvent;
import javax.servlet.http.HttpSessionBindingListener;
import java.util.*;

public HttpSession getSession(boolean create) {

    HttpSession httpSession;

    if (isHttpSessions()) {
        httpSession = super.getSession(false);
        if (httpSession == null && create) {
            //Shiro 1.2: assert that creation is enabled (SHIRO-266):
            if (WebUtils._isSessionCreationEnabled(this)) {
                httpSession = super.getSession(create);
            } else {
                throw newNoSessionCreationException();
            }
        }
    } else {
        boolean existing = getSubject().getSession(false) != null;

        if (this.session == null || !existing) {
            Session shiroSession = getSubject().getSession(create);
            if (shiroSession != null) {
                this.session = new ShiroHttpSession(shiroSession, this, this.servletContext);
                if (!existing) {
                    setAttribute(REFERENCED_SESSION_IS_NEW, Boolean.TRUE);
                }
            } else if (this.session != null) {
                this.session = null;
            }
        }
        httpSession = this.session;
    }

    return httpSession;
}

7.4.4 具体实现类-SimpleSession

如上图所示，SimpleSession 是 Shiro 内置的唯一一个具体实现类，以下是 SimpleSession 这个类完整的属性和方法签名：

如前所述， Shiro 只关注安全方面的数据，所以 SimpleSession 并没有覆盖 HttpSession 的所有 API 。

SimpleSession 是简单的 POJO ，它可以满足大多数业务场景，以下是 SimpleSession 中关键的源代码：

public class SimpleSession implements ValidatingSession, Serializable {
    //...

    private transient Serializable id;
    private transient Date startTimestamp;
    private transient Date stopTimestamp;
    private transient Date lastAccessTime;
    private transient long timeout;
    private transient boolean expired;
    private transient String host;

    //这是关键的一行代码，
    private transient Map<Object, Object> attributes;
}

在 SimpleSession 中，Shiro 设计了一个 attributes 属性，它的类型是 Map<Object, Object> ，用于存储会话中的具体数据。由于 key 和 value 的类型都是 Object，因此 attributes 可以容纳任意类型的 Java 对象。Shiro 让开发者自行决定存储哪些数据，从而灵活应对各种需求。

这种设计与 Tomcat 提供的 StandardSession 略有不同。Tomcat 使用的是 ConcurrentMap<String, Object> 类型，其中 key 只能是字符串，并且采用了支持并发的 Map 结构，目的是增强线程安全性，但是会牺牲一些性能。

另外，我们可以看到，SimpleSession 的许多私有属性都使用了 transient 修饰符。也就是说，在进行序列化时，这些属性不会被写入字节流。这种设计主要是出于安全考虑。例如，SimpleSession 实例中可能包含一些敏感数据，如果这些数据在序列化时被持久化到某个位置，可能会导致数据泄露。作为一个与安全密切相关的框架，Shiro 显然不希望发生这种情况。

因此，如果开发者需要将 SimpleSession 持久化存储（比如存储到 MySQL 数据库），就需要自行决定哪些数据应该被存储或读取。同时，还要仔细考虑如何保障敏感数据的安全性，比如可以先对数据进行加密处理。

这个设计赋予了开发者更多的灵活性，同时确保了框架本身不会无意中暴露敏感信息。

7.4.5 SessionDAO: 负责 Shiro Session 持久化

为了方便 Session 持久化处理， Shiro 设计了顶级 SessionDAO 接口， 这是 Shiro 中唯一一个直接带有 DAO 后缀的接口，从这一点我们可以理解 Shiro 在架构上的意图： Session 是唯一需要开发者自己去实现如何存储和读取的内容。

接下来我们来分析 SessionDAO 的源码，这是一个非常简单的接口，主要完成对 Session 的 CRUD 操作：

SessionDAO 相关的继承结构如下：

开发者可以自定义 SessionDAO 来处理 Session 的持久化相关的功能，示例代码如下：

package com.nicefish.rbac.shiro.session;

import com.nicefish.rbac.jpa.entity.NiceFishSessionEntity;
import com.nicefish.rbac.service.INiceFishSessionService;
import org.apache.shiro.session.Session;
import org.apache.shiro.session.mgt.SimpleSession;
import org.apache.shiro.session.mgt.eis.EnterpriseCacheSessionDAO;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.util.ObjectUtils;

import java.io.Serializable;
import java.util.Date;

/**
 * 扩展 Shiro 内置的 EnterpriseCacheSessionDAO ，操作 MySQL 中的 nicefish_rbac_session 表。
 *
 * 由于 EnterpriseCacheSessionDAO 实现了 CacheManagerAware 接口， Shiro 的 SecurityManager 会自动把
 * CacheManager 缓存实例注入到此类中，所以此类中可以直接操作 cacheManager 缓存实例。
 *
 * 此实现参考了 spring-session-jdbc 的实现，Session 中的所有 attributes 都会被提取出来并存储到 SESSION_DATA 列中，
 * 存储格式是 JSON 字符串。
 *
 * 此实现不会存储 Session 实例序列化之后的二进制数据，因为在跨业务模块共享 Session 时，如果 Session 中包含了
 * 某项目中特有的类，那么其它项目在反序列化时会因为找不到 Java 类而失败。
 *
 * @author 大漠穷秋
 */
public class NiceFishSessionDAO extends EnterpriseCacheSessionDAO {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(NiceFishSessionDAO.class);

    @Autowired
    private INiceFishSessionService sessionService;

    /**
     * 该方法参数中的 session 实例实际上是由 NiceFishSessionFactory.createSession 提供的。
     * 运行时调用轨迹：
     * SecurityManager -> SessionManager -> SessionFactory.createSession() -> EnterpriseCacheSessionDAO.doCreate(session)
     * @param session
     * @return
     */
    @Override
    protected Serializable doCreate(Session session) {
        Serializable sessionId = super.doCreate(session);

        NiceFishSessionEntity entity = new NiceFishSessionEntity();
        entity.setSessionId((String) sessionId);
        entity.setCreationTime(new Date());
        entity.setLastAccessTime(new Date());
        entity.setTimeout(session.getTimeout());

        //TODO:把用户对应的 Role 和 Permission 存储到 Session 中。

        this.sessionService.saveSession(entity);
        return sessionId;
    }

    /**
     * 从 MySQL 数据库中读取 Session ，父层实现会保证先读取缓存，然后再调用此方法。
     * @param sessionId
     * @return
     */
    @Override
    protected Session doReadSession(Serializable sessionId) {
        //把 entity 上的数据拷贝给 session 实例，TODO: 有更好的工具？
        NiceFishSessionEntity entity = sessionService.findDistinctBySessionId(sessionId.toString());
        if(ObjectUtils.isEmpty(entity)){
            return null;
        }

        SimpleSession session=new SimpleSession();
        session.setId(entity.getSessionId());
        session.setTimeout(entity.getTimeout());
        session.setStartTimestamp(entity.getCreationTime());
        session.setLastAccessTime(entity.getLastAccessTime());
        session.setHost(entity.getHost());
        session.setAttribute("appName",entity.getAppName());
        session.setAttribute("userId",entity.getUserId());
        session.setAttribute("userName",entity.getUserName());
        session.setAttribute("exprityTime",entity.getExpiryTime());
        session.setAttribute("maxInactiveInterval",entity.getMaxInactiveInteval());
        session.setExpired(entity.isExpired());
        session.setAttribute("os",entity.getOs());
        session.setAttribute("browser",entity.getBrowser());
        session.setAttribute("userAgent",entity.getUserAgent());
        session.setAttribute("sessionData",entity.getSessionData());
        return session;
    }

    /**
     * 把 Session 更新到 MySQL 数据库，父层实现会保证先更新缓存，然后再调用此方法。
     * 把 SimpleSession 上的数据拷贝给 entity ，然后借助于 entity 更新数据库记录。
     * TODO: 有更好的工具？
     * @param session 类型实际上是 Shiro 的 SimpleSession
     */
    @Override
    protected void doUpdate(Session session) {
        logger.debug("update session..."+session.toString());

        SimpleSession simpleSession=(SimpleSession)session;//Shiro 顶级 Session 接口中没有定义 isExpired() 方法，这里强转成 SimpleSession
        String sessionId=(String)simpleSession.getId();
        NiceFishSessionEntity entity=this.sessionService.findDistinctBySessionId(sessionId);
        if(ObjectUtils.isEmpty(entity)){
            entity=new NiceFishSessionEntity();
            entity.setSessionId((String)simpleSession.getId());
        }
        entity.setHost(simpleSession.getHost());
        entity.setCreationTime(simpleSession.getStartTimestamp());
        entity.setLastAccessTime(simpleSession.getLastAccessTime());
        entity.setTimeout(simpleSession.getTimeout());
        entity.setExpired(simpleSession.isExpired());
        entity.setAppName((String)simpleSession.getAttribute("appName"));
        entity.setUserId((Integer)simpleSession.getAttribute("userId"));
        entity.setUserName((String)simpleSession.getAttribute("userName"));
        entity.setExpiryTime((Date)simpleSession.getAttribute("exprityTime"));
        entity.setMaxInactiveInteval((Integer)simpleSession.getAttribute("maxInactiveInterval"));
        entity.setOs((String)simpleSession.getAttribute("os"));
        entity.setBrowser((String)simpleSession.getAttribute("browser"));
        entity.setUserAgent((String)simpleSession.getAttribute("userAgent"));
        entity.setSessionData((String)simpleSession.getAttribute("sessionData"));
        this.sessionService.saveSession(entity);
    }

    /**
     * 把 Session 从 MySQL 数据库中删除，父层实现会保证先删除缓存，然后再调用此方法。
     * NiceFish 不进行物理删除，仅仅把标志位设置成过期状态。
     * @param session 类型实际上是 Shiro 的 SimpleSession
     */
    @Override
    protected void doDelete(Session session) {
        logger.debug("delete session..."+session.toString());

        NiceFishSessionEntity entity=this.sessionService.findDistinctBySessionId((String)session.getId());
        entity.setExpired(true);
        this.sessionService.saveSession(entity);
    }
}

7.4.6 SessionManager

如前所述， SecurityManager 是整个领域（Realm）的安全主管， SessionManager 接口是它的手下（SecurityManager 中持有 SessionManager 的实例），会话相关的工作也由 SecurityManager 进行调度， SessionManager 的实现类负责执行会话相关的细节代码。

以下是 DefaultWebSecurityManager 中创建 SessionManager 实例的源代码：

protected SessionManager createSessionManager(String sessionMode) {
    if (sessionMode == null || !sessionMode.equalsIgnoreCase(NATIVE_SESSION_MODE)) {
        log.info("{} mode - enabling ServletContainerSessionManager (HTTP-only Sessions)", HTTP_SESSION_MODE);
        return new ServletContainerSessionManager();
    } else {
        log.info("{} mode - enabling DefaultWebSessionManager (non-HTTP and HTTP Sessions)", NATIVE_SESSION_MODE);
        return new DefaultWebSessionManager();
    }
}

从以上代码可以看到，Shiro 实现了两个具体的 SessionManager 类：

• ServletContainerSessionManager ：从名称可以看出来，这是一个针对 web 项目设计的类型。如果使用了这个类，那么代码就只能运行在支持 HttpSession 接口的 web 容器中，如 Tomcat 和 Jetty 。
• DefaultWebSessionManager ：这个类不依赖 web 容器，即使不是 web 项目，也可以使用它。

另外，从以上代码中，我们还可以看到， Shiro 自己会检测运行时环境，如果发现是 web 环境，就会创建 ServletContainerSessionManager 的实例，否则创建 DefaultWebSessionManager 的实例。

7.4.7 Session 机制的运行时分析

@Bean
public ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactoryBean(SecurityManager securityManager) {
    ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactoryBean = new ShiroFilterFactoryBean();
    shiroFilterFactoryBean.setSecurityManager(securityManager);
    shiroFilterFactoryBean.setLoginUrl(loginUrl);
    shiroFilterFactoryBean.setUnauthorizedUrl(unauthorizedUrl);

    Map<String, Filter> filters = new LinkedHashMap<String, Filter>();
    filters.put("captchaValidateFilter", captchaValidateFilter());
    shiroFilterFactoryBean.setFilters(filters);

    //所有静态资源交给Nginx管理，这里只配置与 shiro 相关的过滤器。
    LinkedHashMap<String, String> filterChainDefinitionMap = new LinkedHashMap<>();
    filterChainDefinitionMap.put("/nicefish/cms/post/write-post", "captchaValidateFilter");
    filterChainDefinitionMap.put("/nicefish/cms/post/update-post", "captchaValidateFilter");
    filterChainDefinitionMap.put("/nicefish/cms/comment/write-comment", "captchaValidateFilter");
    filterChainDefinitionMap.put("/nicefish/auth/user/register", "anon,captchaValidateFilter");
    filterChainDefinitionMap.put("/nicefish/auth/shiro/login", "anon,captchaValidateFilter");
    filterChainDefinitionMap.put("/**", "anon");

    shiroFilterFactoryBean.setFilterChainDefinitionMap(filterChainDefinitionMap);
    return shiroFilterFactoryBean;
}

可以看到，我们把带有 /nicefish/auth 和 /nicefish/cms 前缀的请求都交给了 Shiro 的过滤器进行处理。

以下是 ShiroFilterFactoryBean 的类声明代码：

public class ShiroFilterFactoryBean implements FactoryBean<AbstractShiroFilter>, BeanPostProcessor

其中 FactoryBean 是 Spring 的工厂 Bean 接口， AbstractShiroFilter 是 Shiro 定义的过滤器接口。 AbstractShiroFilter 相关的类继承结构图如下：

在 AbstractShiroFilter 中有两个关键的方法：

protected ServletRequest wrapServletRequest(HttpServletRequest orig) {
    return new ShiroHttpServletRequest(orig, getServletContext(), isHttpSessions());
}

protected ServletResponse wrapServletResponse(HttpServletResponse orig, ShiroHttpServletRequest request) {
    return new ShiroHttpServletResponse(orig, getServletContext(), request);
}

这两个方法非常简单，分别把 Java 标准 HttpServletRequest 包装成 ShiroHttpServletRequest ，把 Java 标准的 HttpServletResponse 包装成 ShiroHttpServletResponse 。在 ShiroHttpServletRequest 内部有一个关键的 getSession 方法，我们来分析这个方法的源代码：

public HttpSession getSession(boolean create) {
    HttpSession httpSession;
    if (this.isHttpSessions()) {
        httpSession = super.getSession(false);
        if (httpSession == null && create) {
            if (!WebUtils._isSessionCreationEnabled(this)) {
                throw this.newNoSessionCreationException();
            }

            httpSession = super.getSession(create);
        }
    } else {
        boolean existing = this.getSubject().getSession(false) != null;
        if (this.session == null || !existing) {
            Session shiroSession = this.getSubject().getSession(create);
            if (shiroSession != null) {
                this.session = new ShiroHttpSession(shiroSession, this, this.servletContext);
                if (!existing) {
                    this.setAttribute(REFERENCED_SESSION_IS_NEW, Boolean.TRUE);
                }
            } else if (this.session != null) {
                this.session = null;
            }
        }

        httpSession = this.session;
    }

    return httpSession;
}

这个 getSession 方法的目的是返回一个 Java 标准的 HttpSession 类型供外部调用。

简而言之：一旦项目中集成了 Shiro 框架，Shiro 将通过其自定义的 Filter 过滤所有请求。在 Shiro 的 Filter 机制内部，会将 HttpServletRequest、HttpServletResponse 和 HttpSession 分别包装为 ShiroHttpServletRequest、ShiroHttpServletResponse 和 ShiroHttpSession。这些包装类实现了 Java Servlet 的标准接口，因此外部调用者无需关心它们的实际类型，可以像使用原始类型一样使用它们，因为它们的接口是一致的。

Shiro 对原始 Servlet 的包装类都位于 shiro-web-XXX-jakarta.jar 中，2017 年，Oracle 将 Java EE 的开发和管理转移给了 Eclipse 基金会，2020 年，Eclipse 把 javax 相关的包名都改成了 jakarta 。为了方便读者理解这些类的继承结构，我们把其中核心的类放在以下结构图中同时展示：

7.4.8 如何与 Spring 的 Session 机制整合

到此为止，我们已经理解了 Shiro 中的 Session 架构，并且理解了核心的实现代码。此时，Shiro 与 Spring 的集成已经水到渠成。

我们先在 ShiroCofig.java 配置类中编写 Filter 相关的代码，过滤所有请求，示例代码如下：

@Bean
public ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactoryBean(SecurityManager securityManager) {
    ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactoryBean = new ShiroFilterFactoryBean();
    shiroFilterFactoryBean.setSecurityManager(securityManager);
    shiroFilterFactoryBean.setLoginUrl(loginUrl);
    shiroFilterFactoryBean.setUnauthorizedUrl(unauthorizedUrl);

    Map<String, Filter> filters = new LinkedHashMap<String, Filter>();
    filters.put("captchaValidateFilter", captchaValidateFilter());
    shiroFilterFactoryBean.setFilters(filters);

    //所有静态资源交给Nginx管理，这里只配置与 shiro 相关的过滤器。
    LinkedHashMap<String, String> filterChainDefinitionMap = new LinkedHashMap<>();
    filterChainDefinitionMap.put("/nicefish/cms/post/write-post", "captchaValidateFilter");
    filterChainDefinitionMap.put("/nicefish/cms/post/update-post", "captchaValidateFilter");
    filterChainDefinitionMap.put("/nicefish/cms/comment/write-comment", "captchaValidateFilter");
    filterChainDefinitionMap.put("/nicefish/auth/user/register", "anon,captchaValidateFilter");
    filterChainDefinitionMap.put("/nicefish/auth/shiro/login", "anon,captchaValidateFilter");
    filterChainDefinitionMap.put("/**", "anon");

    shiroFilterFactoryBean.setFilterChainDefinitionMap(filterChainDefinitionMap);
    return shiroFilterFactoryBean;
}

我们通过 @Bean 注解把 Shiro 封装的 Filter 暴露给 Spring 容器，从而把自定义的过滤器加入到 Spring 的 fitler chain 中。 Filter 会过滤所有请求，然后经过 Shiro 的层层包装，就进入了 Shiro 框架内部的处理逻辑。与过滤器相关的源码分析，放在"Shiro 对 SpringBoot 的支持"这一章中进行。

7.5 本章小结

在本章中，我们深入探讨了 Session 的基本概念及其在 Web 开发中的关键作用。首先，我们介绍了 Session 的核心功能，强调了它在用户状态管理和信息存储中的重要性。接着，我们分析了 WebKit 引擎中的 Cookie 实现，揭示了其在客户端数据存储中的应用及局限性。随后，我们对比了 JDK 与 Web 容器的 Session 实现，重点讨论了它们在会话管理和数据一致性方面的异同之处。最后，我们详细剖析了 Apache Shiro 的 Session 架构，展示了 Shiro 如何在安全框架中高效管理用户会话。通过本章的讨论，我们对 Session 的多样性以及它在现代 Web 应用中的角色有了更全面的理解。

资源链接

• Apache Shiro 在 github 上的官方仓库：https://github.com/apache/shiro
• Apache Shiro 官方网站：https://shiro.apache.org/
• 本书实例项目：https://gitee.com/mumu-osc/nicefish-spring-boot
• 本书文字稿：https://gitee.com/mumu-osc/apache-shiro-source-code-explaination

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