集群间如何实现session共享【面试+工作】

集群间如何实现session共享【面试+工作】

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：

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：

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

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

3.启动

4.关闭

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）

如下图：

6.后台启动

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：

更多redis systemctl详细配置，看最后扩展

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。

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：看最后扩展

为帮助理解代码，Jfinal中连接redis，只需要在主配置文件中编写：

redis存取数据：

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：

自定义RedisSession类，将替代原来的HttpSession：

仿造getSession()实现逻辑在控制器基类BaseController中自定义getSession()方法，获取RedisSession：

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：

2.配置nginx分别跳转到不同tomcat下的不同接口

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。

到这里，本篇的内容也已经到了尾声，写的有点啰嗦，不过总算交代了来龙去脉，虽然有点累，但好歹写完了。未来还有很多工作要做，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

扩展一：Java操作redis

在我们已安装Redis的基础之上(数据库测试环境Redis安装在 /opt/redis 中)，将Redis添加到系统服务中去。

配置过程：

• 进入/usr/lib/systemd/system/目录中，创建redis.service文件：

• 文件创建好保存之后，要执行 systemctl daemon-reload 命令，使配置生效。
• 开机启动： systemctl enable mongodb.service
• 查看mongodb服务是否设置开机启动： systemctl is-enabled mongodb.service
• 停止mongodb服务开机启动： systemctl disable mongodb.service
• 启动： systemctl start mongodb.service
• 查看状态： systemctl status mongodb.service
• 重启： systemctl restart mongodb.service
• 停止： systemctl stop mongodb.service

扩展二：Java操作redis

一、server端安装

1、下载

https://github.com/MSOpenTech/redis

可看到当前可下载版本：redis2.6

下载windows平台文件：

解压后，选择当前64位win7系统对应的版本：

2、安装

1）解压后将里面所有文件拷贝至redis安装目录：

几个exe程序的功能：　　　　

redis-benchmark.exe：性能测试，用以模拟同时由N个客户端发送M个 SETs/GETs 查询 (类似于 Apache 的ab 工具).

redis-check-aof.exe：更新日志检查

redis-check-dump.exe：本地数据库检查

redis-cli.exe：客户端

redis-server.exe：服务端

2）将路径添加至系统环境变量：过程根据操作系统配置（略）

3）cmd下启动redis-server

注：由于此处未指定配置文件，系统采用默认参数

3、下载对应的配置文件

由上面cmd输出可知，当前版本为2.6.12

原页面上打开所有发布版本，找到2.6.12：

下载zip文件：

拷贝出redis.conf配置文件至安装目录：

配置文件redis.conf 各字段含义：

daemonize yes #---默认值no，该参数用于定制redis服务是否以守护模式运行。---

pidfile /var/run/redis.pid #默认值/var/run/redis.pid，指定redis服务的进程号文件路径，以守护模式运行时需要配置本参数； port 6379 #默认值6379，指定redis服务的端口 # bind 127.0.0.1 #绑定ip，默认是本机所有网络设备； timeout 0 #客户端空闲n秒后断开连接；默认是 0 表示不断开。 loglevel notice ###设置服务端的日志级别，有下列几种选择： debug：记录详细信息，用于开发或调试； verbose：提供很多有用的信息，但是又不像debug那么详尽，默认就是这一选项； notice：适度提醒，多用于产品环境； warning：仅显示重要的警告信息； logfile "" ##指定日志的输出路径，默认值stdout，表示输出到屏幕，守护模式时则输出到/dev/null； 如果要输出日志到syslog中，可以启动syslog-enabled yes，默认该选项值为no。 # syslog-enabled no

databases 16 ###指定数据库的数量，默认为16个，默认使用的数据库是DB 0。

##########SNAPSHOTTING ############ ----以下为快照相关的设置:------ # save <seconds> <changes> ##指定多长时间刷新快照至磁盘，这个选项有两个属性值，只有当两个属性值均满足时才会触发；可以设置多种级别，例如默认的参数文件中就设置了： save 900 1：每900秒(15分钟)至少一次键值变更时被触发； save 300 10：每300秒(5分钟)至少10次键值变更时被触发； save 60 10000：每60秒至少10000次键值变更时被触发； save 900 1 save 300 10 save 60 10000 rdbcompression yes ##默认值yes，当dump数据库时使用LZF压缩字符串对象，如果CPU资源比较紧张，可以设置为no，选择不压缩； rdbchecksum yes # The filename where to dump the DB 数据库文件名 dbfilename dump.rdb ##默认值dump.rdb，dump到文件系统中的文件名 dir /usr/local/redis/db ##默认值./，即当前目录，dump出的数据文件的存储路径； ############ REPLICATION ################ ----以下为复制相关的设置，复制默认是不启用的，因此在默认的参数文件下列表参数均被注释---- # slaveof <masterip> <masterport> ##指定主端ip和端口，用于创建一个镜像服务 # masterauth <master-password> ##如果master配置了密码的话，此处也需做设置； slave-serve-stale-data yes ##默认值yes。当slave丢失与master端的连接，或者复制仍在处理，那么slave会有下列两种表现： 当本参数值为yes时，slave为继续响应客户端请求，尽管数据已不同步甚至没有数据(出现在初次同步的情况下)； 当本参数值为no时，slave会返回"SYNC with master in progreee"的错误信息； slave-read-only yes ##默认从Redis是只读模式 # repl-ping-slave-period 10 ###默认值10，指定slave定期ping master的周期； # repl-timeout 60 ##默认值60，指定超时时间。注意本参数包括批量传输数据和ping响应的时间。 ############## SECURITY ############# ------以下为安全相关的设置------ # requirepass foobared ###指定一个密码，客户端连接时也需要通过密码才能成功连接； # rename-command CONFIG b840fc02d524045429941cc15f59e41cb7be6c52 ###重定义命令，例如将CONFIG命令更名为一个很复杂的名字： # rename-command CONFIG "" 取消这个命令； #################LIMITS ################# -----以下为资源限制方面的设置------ # maxclients 10000 ##指定客户端的最大并发连接数，默认是没有限制，直到redis无法创建新的进程为止，设置该参数值为0也表示不限制，如果该参数指定了值，当并发连接达到指定值时，redis会关闭所有新连接，并返回'max number of clients reached'的错误信息； # maxmemory <bytes> ###设置redis最大可使用内存。当达到最大内存后，redis会尝试按照设置的回收策略删除键值。如果无法删除键值，或者保留策略设置为不清除，那么redis就会向发出内存的请求返回错误信息。当把redis做为一级LRU的缓存时本参数较为有用。 # maxmemory-policy volatile-lru ###默认值volatile-lru，指定清除策略，有下列几种方法： volatile-lru -> remove the key with an expire set using an LRU algorithm allkeys-lru -> remove any key accordingly to the LRU algorithm volatile-random -> remove a random key with an expire set allkeys->random -> remove a random key, any key volatile-ttl -> remove the key with the nearest expire time (minor TTL) noeviction -> don't expire at all, just return an error on write operations # maxmemory-samples 3 ###默认值3，LRU和最小TTL策略并非严谨的策略，而是大约估算的方式，因此可以选择取样值以便检查。 ################ APPEND ONLY MODE ############## -----以下为APPEND的配置---- ONLY模式的设置，默认情况下redis采用异步方式dump数据到磁盘上，极端情况下这可能会导致丢失部分数据(比如服务器突然宕机)，如果数据比较重要，不希望丢失，可以启用直写的模式，这种模式下redis会将所有接收到的写操作同步到appendonly.aof文件中，该文件会在redis服务启动时在内存中重建所有数据。注意这种模式对性能影响非常之大。 appendonly no ##默认值no，指定是否启用直写模式； # appendfilename appendonly.aof ###直写模式的默认文件名appendonly.aof appendfsync：调用fsync()方式让操作系统写数据到磁盘上，数据同步方式，有下列几种模式： always：每次都调用，比如安全，但速度最慢； everysec：每秒同步，这也是默认方式； no：不调用fsync，由操作系统决定何时同步，比如快的模式； no-appendfsync-on-rewrite：默认值no。当AOF fsync策略设置为always或everysec，后台保存进程会执行大量的I/O操作。某些linux配置下redis可能会阻塞过多的fsync()调用。 auto-aof-rewrite-percentage：默认值100 auto-aof-rewrite-min-size：默认值64mb # appendfsync always appendfsync everysec # appendfsync no ################# ADVANCED CONFIG ################## -----以下为高级配置相关的设置---- hash-max-zipmap-entries：默认值512，当某个map的元素个数达到最大值，但是其中最大元素的长度没有达到设定阀值时，其HASH的编码采用一种特殊的方式(更有效利用内存)。本参数与下面的参数组合使用来设置这两项阀值。设置元素个数； hash-max-zipmap-value：默认值64，设置map中元素的值的最大长度；这两个 list-max-ziplist-entries：默认值512，与hash类似，满足条件的list数组也会采用特殊的方式以节省空间。 list-max-ziplist-value：默认值64 set-max-intset-entries：默认值512，当set类型中的数据都是数值类型，并且set中整型元素的数量不超过指定值时，使用特殊的编码方式。 zset-max-ziplist-entries：默认值128，与hash和list类似。 zset-max-ziplist-value：默认值64

activerehashing：默认值yes，用来控制是否自动重建hash。Active rehashing每100微秒使用1微秒cpu时间排序，以重组Redis的hash表。重建是通过一种lazy方式，写入hash表的操作越多，需要执行rehashing的步骤也越多，如果服务器当前空闲，那么rehashing操作会一直执行。如果对实时性要求较高，难以接受redis时不时出现的2微秒的延迟，则可以设置activerehashing为no，否则建议设置为yes，以节省内存空间。

ps:如果配置文件的版本和当前exe程序的版本不匹配，很容易

由于参数不一致导致server端无法启动。

4、通过指定的配置文件启动服务端

5、客户端访问测试

另起一个cmd窗口：

二、基本功能测试

1、程序基本结构

2、主要类

1）功能类

2）测试类

3、各个功能函数

1）key功能

运行结果：

2）String功能

运行结果:

3）List功能

运行结果:

4）Set功能

运行结果:

5）SortedSet功能（有序集合）

运行结果:

6）Hash功能

运行结果:

三、常用命令 1）连接操作命令 quit：关闭连接（connection） auth：简单密码认证 help cmd： 查看cmd帮助，例如：help quit 2）持久化 save：将数据同步保存到磁盘 bgsave：将数据异步保存到磁盘 lastsave：返回上次成功将数据保存到磁盘的Unix时戳 shundown：将数据同步保存到磁盘，然后关闭服务 3）远程服务控制 info：提供服务器的信息和统计 monitor：实时转储收到的请求 slaveof：改变复制策略设置 config：在运行时配置Redis服务器 4）对value操作的命令 exists(key)：确认一个key是否存在 del(key)：删除一个key type(key)：返回值的类型 keys(pattern)：返回满足给定pattern的所有key randomkey：随机返回key空间的一个 keyrename(oldname, newname)：重命名key dbsize：返回当前数据库中key的数目 expire：设定一个key的活动时间（s） ttl：获得一个key的活动时间 select(index)：按索引查询 move(key, dbindex)：移动当前数据库中的key到dbindex数据库 flushdb：删除当前选择数据库中的所有key flushall：删除所有数据库中的所有key 5）String

set(key, value)：给数据库中名称为key的string赋予值value get(key)：返回数据库中名称为key的string的value getset(key, value)：给名称为key的string赋予上一次的value mget(key1, key2,…, key N)：返回库中多个string的value setnx(key, value)：添加string，名称为key，值为value setex(key, time, value)：向库中添加string，设定过期时间time mset(key N, value N)：批量设置多个string的值 msetnx(key N, value N)：如果所有名称为key i的string都不存在 incr(key)：名称为key的string增1操作 incrby(key, integer)：名称为key的string增加integer decr(key)：名称为key的string减1操作 decrby(key, integer)：名称为key的string减少integer append(key, value)：名称为key的string的值附加value substr(key, start, end)：返回名称为key的string的value的子串 6）List rpush(key, value)：在名称为key的list尾添加一个值为value的元素 lpush(key, value)：在名称为key的list头添加一个值为value的 元素 llen(key)：返回名称为key的list的长度 lrange(key, start, end)：返回名称为key的list中start至end之间的元素 ltrim(key, start, end)：截取名称为key的list lindex(key, index)：返回名称为key的list中index位置的元素 lset(key, index, value)：给名称为key的list中index位置的元素赋值 lrem(key, count, value)：删除count个key的list中值为value的元素 lpop(key)：返回并删除名称为key的list中的首元素 rpop(key)：返回并删除名称为key的list中的尾元素 blpop(key1, key2,… key N, timeout)：lpop命令的block版本。 brpop(key1, key2,… key N, timeout)：rpop的block版本。 rpoplpush(srckey, dstkey)：返回并删除名称为srckey的list的尾元素，并将该元素添加到名称为dstkey的list的头部

7）Set sadd(key, member)：向名称为key的set中添加元素member srem(key, member) ：删除名称为key的set中的元素member spop(key) ：随机返回并删除名称为key的set中一个元素 smove(srckey, dstkey, member) ：移到集合元素 scard(key) ：返回名称为key的set的基数 sismember(key, member) ：member是否是名称为key的set的元素 sinter(key1, key2,…key N) ：求交集 sinterstore(dstkey, (keys)) ：求交集并将交集保存到dstkey的集合 sunion(key1, (keys)) ：求并集 sunionstore(dstkey, (keys)) ：求并集并将并集保存到dstkey的集合 sdiff(key1, (keys)) ：求差集 sdiffstore(dstkey, (keys)) ：求差集并将差集保存到dstkey的集合 smembers(key) ：返回名称为key的set的所有元素 srandmember(key) ：随机返回名称为key的set的一个元素 8）Hash hset(key, field, value)：向名称为key的hash中添加元素field hget(key, field)：返回名称为key的hash中field对应的value hmget(key, (fields))：返回名称为key的hash中field i对应的value hmset(key, (fields))：向名称为key的hash中添加元素field hincrby(key, field, integer)：将名称为key的hash中field的value增加integer hexists(key, field)：名称为key的hash中是否存在键为field的域 hdel(key, field)：删除名称为key的hash中键为field的域 hlen(key)：返回名称为key的hash中元素个数 hkeys(key)：返回名称为key的hash中所有键 hvals(key)：返回名称为key的hash中所有键对应的value hgetall(key)：返回名称为key的hash中所有的键（field）及其对应的value