理解Web程序中的Cookie和Session机制

Session 与 Cookie 的作用都是为了保持访问用户与后端服务器的交互状态，它们有各自的优点。会话（Session）跟踪是Web程序中常用的技术，用来跟踪用户的整个会话。Cookie通过在客户端记录信息确定用户身份，Session通过在服务器端记录信息确定用户身份。

一、Cookie机制

1.  前言

在程序中，会话跟踪是很重要的事情。理论上，一个用户的所有请求操作都应该属于同一个会话，而另一个用户的所有请求操作则应该属于另一个会话，二者不能混淆。例如，用户A在超市购买的任何商品都应该放在A的购物车内，不论是用户A什么时间购买的，这都是属于同一个会话的，不能放入用户B或用户C的购物车内，这不属于同一个会话。

而Web应用程序是使用HTTP协议传输数据的。HTTP协议是无状态的协议。一旦数据交换完毕，客户端与服务器端的连接就会关闭，再次交换数据需要建立新的连接。这就意味着服务器无法从连接上跟踪会话。即用户A购买了一件商品放入购物车内，当再次购买商品时服务器已经无法判断该购买行为是属于用户A的会话还是用户B的会话了。要跟踪该会话，必须引入一种机制。

Cookie就是这样的一种机制。它可以弥补HTTP协议无状态的不足。在Session出现之前，基本上所有的网站都采用Cookie来跟踪会话。

2. 什么是Cookie

Cookie意为“甜饼”，是由W3C组织提出，最早由Netscape社区发展的一种机制。目前Cookie已经成为标准，所有的主流浏览器如IE、Netscape、Firefox、Opera等都支持Cookie。

由于HTTP是一种无状态的协议，服务器单从网络连接上无从知道客户身份。怎么办呢？就给客户端们颁发一个通行证吧，每人一个，无论谁访问都必须携带自己通行证。这样服务器就能从通行证上确认客户身份了。这就是Cookie的工作原理。

Cookie实际上是一小段的文本信息。客户端请求服务器，如果服务器需要记录该用户状态，就使用response向客户端浏览器颁发一个Cookie。客户端浏览器会把Cookie保存起来。当浏览器再请求该网站时，浏览器把请求的网址连同该Cookie一同提交给服务器。服务器检查该Cookie，以此来辨认用户状态。服务器还可以根据需要修改Cookie的内容。

查看某个网站颁发的Cookie很简单。在浏览器地址栏输入JavaScript:alert (document. cookie)就可以了（需要有网才能查看）。JavaScript脚本会弹出一个对话框显示本网站颁发的所有Cookie的内容，如图所示。

图中弹出的对话框中显示的为Baidu网站的Cookie。其中第一行BAIDUID记录的就是笔者的身份helloweenvsfei，只是Baidu使用特殊的方法将Cookie信息加密了。

注意：Cookie功能需要浏览器的支持。

如果浏览器不支持Cookie（如大部分手机中的浏览器）或者把Cookie禁用了，Cookie功能就会失效。

不同的浏览器采用不同的方式保存Cookie。

IE浏览器会在“C:\Documents and Settings\你的用户名\Cookies”文件夹下以文本文件形式保存，一个文本文件保存一个Cookie。

3. 记录用户访问次数

Java中把Cookie封装成了javax.servlet.http.Cookie类。每个Cookie都是该Cookie类的对象。服务器通过操作Cookie类对象对客户端Cookie进行操作。通过request.getCookie()获取客户端提交的所有Cookie（以Cookie[]数组形式返回），通过response.addCookie(Cookiecookie)向客户端设置Cookie。

Cookie对象使用key-value属性对的形式保存用户状态，一个Cookie对象保存一个属性对，一个request或者response同时使用多个Cookie。因为Cookie类位于包javax.servlet.http.*下面，所以JSP中不需要import该类。

4.  Cookie的不可跨域名性

很多网站都会使用Cookie。例如，Google会向客户端颁发Cookie，Baidu也会向客户端颁发Cookie。那浏览器访问Google会不会也携带上Baidu颁发的Cookie呢？或者Google能不能修改Baidu颁发的Cookie呢？

答案是否定的。Cookie具有不可跨域名性。根据Cookie规范，浏览器访问Google只会携带Google的Cookie，而不会携带Baidu的Cookie。Google也只能操作Google的Cookie，而不能操作Baidu的Cookie。

Cookie在客户端是由浏览器来管理的。浏览器能够保证Google只会操作Google的Cookie而不会操作Baidu的Cookie，从而保证用户的隐私安全。浏览器判断一个网站是否能操作另一个网站Cookie的依据是域名。Google与Baidu的域名不一样，因此Google不能操作Baidu的Cookie。

需要注意的是，虽然网站images.google.com与网站www.google.com同属于Google，但是域名不一样，二者同样不能互相操作彼此的Cookie。

注意：用户登录网站www.google.com之后会发现访问images.google.com时登录信息仍然有效，而普通的Cookie是做不到的。这是因为Google做了特殊处理。本章后面也会对Cookie做类似的处理。

5. Unicode编码：保存中文

中文与英文字符不同，中文属于Unicode字符，在内存中占4个字符，而英文属于ASCII字符，内存中只占2个字节。Cookie中使用Unicode字符时需要对Unicode字符进行编码，否则会乱码。

提示：Cookie中保存中文只能编码。一般使用UTF-8编码即可。不推荐使用GBK等中文编码，因为浏览器不一定支持，而且JavaScript也不支持GBK编码。

6. BASE64编码：保存二进制图片

Cookie不仅可以使用ASCII字符与Unicode字符，还可以使用二进制数据。例如在Cookie中使用数字证书，提供安全度。使用二进制数据时也需要进行编码。

%注意：本程序仅用于展示Cookie中可以存储二进制内容，并不实用。由于浏览器每次请求服务器都会携带Cookie，因此Cookie内容不宜过多，否则影响速度。Cookie的内容应该少而精。

7. 设置Cookie的所有属性

除了name与value之外，Cookie还具有其他几个常用的属性。每个属性对应一个getter方法与一个setter方法。Cookie类的所有属性如表所示。

8. Cookie的修改、删除

Cookie并不提供修改、删除操作。如果要修改某个Cookie，只需要新建一个同名的Cookie，添加到response中覆盖原来的Cookie。

如果要删除某个Cookie，只需要新建一个同名的Cookie，并将maxAge设置为0，并添加到response中覆盖原来的Cookie。注意是0而不是负数。负数代表其他的意义。读者可以通过上例的程序进行验证，设置不同的属性。

注意：修改、删除Cookie时，新建的Cookie除value、maxAge之外的所有属性，例如name、path、domain等，都要与原Cookie完全一样。否则，浏览器将视为两个不同的Cookie不予覆盖，导致修改、删除失败。

9. JavaScript操作Cookie

Cookie是保存在浏览器端的，因此浏览器具有操作Cookie的先决条件。浏览器可以使用脚本程序如JavaScript或者VBScript等操作Cookie。这里以JavaScript为例介绍常用的Cookie操作。例如下面的代码会输出本页面所有的Cookie。

document.write(document.cookie);

由于JavaScript能够任意地读写Cookie，有些好事者便想使用JavaScript程序去窥探用户在其他网站的Cookie。不过这是徒劳的，W3C组织早就意识到JavaScript对Cookie的读写所带来的安全隐患并加以防备了，W3C标准的浏览器会阻止JavaScript读写任何不属于自己网站的Cookie。换句话说，A网站的JavaScript程序读写B网站的Cookie不会有任何结果。

10. 示例

// 新建Cookie
Cookie cookie = new Cookie("myCookiw","00001");
// 设置域名
cookie.setDomain(".ziry.com");
// 设置路径    
cookie.setPath("/");
// 设置有效期          
cookie.setMaxAge(Integer.MAX_VALUE);
// 输出到客户端
response.addCookie(cookie);

11. 案例：永久登录

如果用户是在自己家的电脑上上网，登录时就可以记住他的登录信息，下次访问时不需要再次登录，直接访问即可。实现方法是把登录信息如账号、密码等保存在Cookie中，并控制Cookie的有效期，下次访问时再验证Cookie中的登录信息即可。

保存登录信息有多种方案。最直接的是把用户名与密码都保持到Cookie中，下次访问时检查Cookie中的用户名与密码，与数据库比较。这是一种比较危险的选择，一般不把密码等重要信息保存到Cookie中。

还有一种方案是把密码加密后保存到Cookie中，下次访问时解密并与数据库比较。这种方案略微安全一些。如果不希望保存密码，还可以把登录的时间戳保存到Cookie与数据库中，到时只验证用户名与登录时间戳就可以了。

这几种方案验证账号时都要查询数据库。

本例将采用另一种方案，只在登录时查询一次数据库，以后访问验证登录信息时不再查询数据库。实现方式是把账号按照一定的规则加密后，连同账号一块保存到Cookie中。下次访问时只需要判断账号的加密规则是否正确即可。本例把账号保存到名为account的Cookie中，把账号连同密钥用MD5算法加密后保存到名为ssid的Cookie中。验证时验证Cookie中的账号与密钥加密后是否与Cookie中的ssid相等。相关代码如下：

request.setCharacterEncoding("UTF-8"); // 设置request编码
response.setCharacterEncoding("UTF-8");// 设置response编码
   
String action =request.getParameter("action"); // 获取action参数
   
if("login".equals(action)){// 如果为login动作
	// 获取account参数
	String account =request.getParameter("account");
	// 获取password参数
	String password =request.getParameter("password");
	// 获取timeout参数
	int timeout = newInteger(request.getParameter("timeout"));
 	// 把账号、密钥使用MD5加密后保存
	String ssid =calcMD1(account + KEY); 
    // 新建Cookie
	CookieaccountCookie = new Cookie("account", account);
 	// 设置有效期
    accountCookie.setMaxAge(timeout);  
	// 新建Cookie   
	Cookie ssidCookie =new Cookie("ssid", ssid);   
	// 设置有效期
   	ssidCookie.setMaxAge(timeout); 
    // 输出到客户端
   	response.addCookie(accountCookie); 
    response.addCookie(ssidCookie);
    //重新请求本页面，参数中带有时间戳，禁止浏览器缓存页面内容
    response.sendRedirect(request.getRequestURI() + "?" + System.currentTimeMillis());
	return;
} else if("logout".equals(action)){  // 如果为logout动作
    // 新建Cookie，内容为空
	CookieaccountCookie = new Cookie("account", "");
 	// 设置有效期为0，删除
   	accountCookie.setMaxAge(0);
	// 新建Cookie，内容为空  
	Cookie ssidCookie =new Cookie("ssid", "");
	// 设置有效期为0，删除
   	ssidCookie.setMaxAge(0);   
   	// 输出到客户端
   	response.addCookie(accountCookie); 
   	// 输出到客户端
   	response.addCookie(ssidCookie); 
	//重新请求本页面，参数中带有时间戳，禁止浏览器缓存页面内容
   	response.sendRedirect(request.getRequestURI() + "?" + System.currentTimeMillis());
	return;
}
// 是否登录
boolean login = false;
// 账号
String account = null;
// SSID标识
String ssid = null;   
// 如果Cookie不为空
if(request.getCookies() !=null){   
	// 遍历Cookie
	for(Cookie cookie :request.getCookies()){  
	   // 如果Cookie名为account
	   if(cookie.getName().equals("account"))  {
	   // 保存account内容
	   account = cookie.getValue();   
	   }
	   // 如果为SSID
	   if(cookie.getName().equals("ssid")) {
	   // 保存SSID内容
	   ssid = cookie.getValue();  
	   }
	}
}
// 如果account、SSID都不为空
if(account != null && ssid !=null){
	login =ssid.equals(MD5(account + KEY));
  // 如果加密规则正确, 则视为已经登录
}

二、 Session机制

1.  前言
除了使用Cookie，Web应用程序中还经常使用Session来记录客户端状态。Session是服务器端使用的一种记录客户端状态的机制，使用上比Cookie简单一些，相应的也增加了服务器的存储压力。

2. 什么是Session

Session是另一种记录客户状态的机制，不同的是Cookie保存在客户端浏览器中，而Session保存在服务器上。客户端浏览器访问服务器的时候，服务器把客户端信息以某种形式记录在服务器上。这就是Session。客户端浏览器再次访问时只需要从该Session中查找该客户的状态就可以了。

如果说Cookie机制是通过检查客户身上的“通行证”来确定客户身份的话，那么Session机制就是通过检查服务器上的“客户明细表”来确认客户身份。Session相当于程序在服务器上建立的一份客户档案，客户来访的时候只需要查询客户档案表就可以了。

3. 实现用户登录

Session对应的类为javax.servlet.http.HttpSession类。每个来访者对应一个Session对象，所有该客户的状态信息都保存在这个Session对象里。Session对象是在客户端第一次请求服务器的时候创建的。Session也是一种key-value的属性对，通过getAttribute(Stringkey)和setAttribute(String key，Objectvalue)方法读写客户状态信息。Servlet里通过request.getSession()方法获取该客户的Session，例如：

// 获取Session对象
HttpSession session = request.getSession();   
// 设置Session中的属性
session.setAttribute("loginTime", new Date());
 
// 获取Session属性  
out.println("登录时间为：" +(Date)session.getAttribute("loginTime"));

request还可以使用getSession(boolean create)来获取Session。区别是如果该客户的Session不存在，request.getSession()方法会返回null，而getSession(true)会先创建Session再将Session返回。

Servlet中必须使用request来编程式获取HttpSession对象，而JSP中内置了Session隐藏对象，可以直接使用。如果使用声明了

<%@page session="false" %>

则Session隐藏对象不可用。下面的例子使用Session记录客户账号信息。

当多个客户端执行程序时，服务器会保存多个客户端的Session。获取Session的时候也不需要声明获取谁的Session。Session机制决定了当前客户只会获取到自己的Session，而不会获取到别人的Session。各客户的Session也彼此独立，互不可见。

提示：Session的使用比Cookie方便，但是过多的Session存储在服务器内存中，会对服务器造成压力。

4. Session的生命周期

Session保存在服务器端。为了获得更高的存取速度，服务器一般把Session放在内存里。每个用户都会有一个独立的Session。如果Session内容过于复杂，当大量客户访问服务器时可能会导致内存溢出。因此，Session里的信息应该尽量精简。

Session在用户第一次访问服务器的时候自动创建。需要注意只有访问JSP、Servlet等程序时才会创建Session，只访问HTML、IMAGE等静态资源并不会创建Session。如果尚未生成Session，也可以使用request.getSession(true)强制生成Session。

Session生成后，只要用户继续访问，服务器就会更新Session的最后访问时间，并维护该Session。用户每访问服务器一次，无论是否读写Session，服务器都认为该用户的Session“活跃（active）”了一次。

5. Session的有效期

由于会有越来越多的用户访问服务器，因此Session也会越来越多。为防止内存溢出，服务器会把长时间内没有活跃的Session从内存删除。这个时间就是Session的超时时间。如果超过了超时时间没访问过服务器，Session就自动失效了。

Session的超时时间为maxInactiveInterval属性，可以通过对应的getMaxInactiveInterval()获取，通过setMaxInactiveInterval(longinterval)修改。

Session的超时时间也可以在web.xml中修改。另外，通过调用Session的invalidate()方法可以使Session失效。

6. Session的常用方法

Session中包括各种方法，使用起来要比Cookie方便得多。Session的常用方法如表

Tomcat中Session的默认超时时间为20分钟。通过setMaxInactiveInterval(int seconds)修改超时时间。可以修改web.xml改变Session的默认超时时间。例如修改为60分钟：

<session-config>
    <!-- 单位：分钟 -->
   <session-timeout>60</session-timeout>      
</session-config>

注意：<session-timeout>参数的单位为分钟，而setMaxInactiveInterval(int s)单位为秒。

7. Session对浏览器的要求

虽然Session保存在服务器，对客户端是透明的，它的正常运行仍然需要客户端浏览器的支持。这是因为Session需要使用Cookie作为识别标志。HTTP协议是无状态的，Session不能依据HTTP连接来判断是否为同一客户，因此服务器向客户端浏览器发送一个名为JSESSIONID的Cookie，它的值为该Session的id（也就是HttpSession.getId()的返回值）。Session依据该Cookie来识别是否为同一用户。

该Cookie为服务器自动生成的，它的maxAge属性一般为–1，表示仅当前浏览器内有效，并且各浏览器窗口间不共享，关闭浏览器就会失效。

因此同一机器的两个浏览器窗口访问服务器时，会生成两个不同的Session。但是由浏览器窗口内的链接、脚本等打开的新窗口（也就是说不是双击桌面浏览器图标等打开的窗口）除外。这类子窗口会共享父窗口的Cookie，因此会共享一个Session。

注意：新开的浏览器窗口会生成新的Session，但子窗口除外。子窗口会共用父窗口的Session。例如，在链接上右击，在弹出的快捷菜单中选择“在新窗口中打开”时，子窗口便可以访问父窗口的Session。

如果客户端浏览器将Cookie功能禁用，或者不支持Cookie怎么办？例如，绝大多数的手机浏览器都不支持Cookie。Java Web提供了另一种解决方案：URL地址重写。

8. URL地址重写

URL地址重写是对客户端不支持Cookie的解决方案。URL地址重写的原理是将该用户Session的id信息重写到URL地址中。服务器能够解析重写后的URL获取Session的id。这样即使客户端不支持Cookie，也可以使用Session来记录用户状态。HttpServletResponse类提供了encodeURL(Stringurl)实现URL地址重写，例如：

<td>
    <a href="<%=response.encodeURL("index.jsp?c=1&wd=Java") %>"> 
    Homepage</a>
</td>

该方法会自动判断客户端是否支持Cookie。如果客户端支持Cookie，会将URL原封不动地输出来。如果客户端不支持Cookie，则会将用户Session的id重写到URL中。重写后的输出可能是这样的：

<td>
    <ahref="index.jsp;jsessionid=0CCD096E7F8D97B0BE608AFDC3E1931E?c=
    1&wd=Java">Homepage</a>
</td>

即在文件名的后面，在URL参数的前面添加了字符串“;jsessionid=XXX”。其中XXX为Session的id。分析一下可以知道，增添的jsessionid字符串既不会影响请求的文件名，也不会影响提交的地址栏参数。用户单击这个链接的时候会把Session的id通过URL提交到服务器上，服务器通过解析URL地址获得Session的id。

如果是页面重定向（Redirection），URL地址重写可以这样写：

<%
    if(“administrator”.equals(userName))
    {
       response.sendRedirect(response.encodeRedirectURL(“administrator.jsp”));
        return;
    }
%>

效果跟response.encodeURL(String url)是一样的：如果客户端支持Cookie，生成原URL地址，如果不支持Cookie，传回重写后的带有jsessionid字符串的地址。

对于WAP程序，由于大部分的手机浏览器都不支持Cookie，WAP程序都会采用URL地址重写来跟踪用户会话。比如用友集团的移动商街等。

注意：TOMCAT判断客户端浏览器是否支持Cookie的依据是请求中是否含有Cookie。尽管客户端可能会支持Cookie，但是由于第一次请求时不会携带任何Cookie（因为并无任何Cookie可以携带），URL地址重写后的地址中仍然会带有jsessionid。当第二次访问时服务器已经在浏览器中写入Cookie了，因此URL地址重写后的地址中就不会带有jsessionid了。

9. Session中禁止使用Cookie

既然WAP上大部分的客户浏览器都不支持Cookie，索性禁止Session使用Cookie，统一使用URL地址重写会更好一些。Java Web规范支持通过配置的方式禁用Cookie。下面举例说一下怎样通过配置禁止使用Cookie。

打开项目sessionWeb的WebRoot目录下的META-INF文件夹（跟WEB-INF文件夹同级，如果没有则创建），打开context.xml（如果没有则创建），编辑内容如下：

代码1.11 /META-INF/context.xml

<?xml version='1.0' encoding='UTF-8'?>
<Context path="/sessionWeb"cookies="false">
</Context>

或者修改Tomcat全局的conf/context.xml，修改内容如下：

代码1.12  context.xml

<!-- The contents of this file will be loaded for eachweb application -->
<Context cookies="false">
    <!-- ... 中间代码略 -->
</Context>

部署后TOMCAT便不会自动生成名JSESSIONID的Cookie，Session也不会以Cookie为识别标志，而仅仅以重写后的URL地址为识别标志了。

注意：该配置只是禁止Session使用Cookie作为识别标志，并不能阻止其他的Cookie读写。也就是说服务器不会自动维护名为JSESSIONID的Cookie了，但是程序中仍然可以读写其他的Cookie。

此文参考至：

http://blog.csdn.net/fangaoxin/article/details/6952954/

https://my.oschina.net/kevinair/blog/192829（详细）

http://www.cnblogs.com/BearsTaR/archive/2010/08/24/URL_SESSION_ID_LEEK.html

http://www.css88.com/archives/5010（安全）

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