session一致性架构设计

 

　　什么是session？

　　由于HTTP协议是无状态的协议，因此它不会去记住上一次浏览器访问服务器时的信息。同一个用户的两次操作，与两个不同用户的操作，对它来说是一样的。 这样虽然满足了互联网web应用的海量访问的需求，但是对于现今类似电商的应用来说，是需要实现登录以及身份验证需求的，但是无状态的HTTP显然是做不到的，这样才出现了session。

　　Web服务器为每个用户创建一个会话，存储用户的相关信息，以便多次请求能够定位到同一个上下文。

　　web-server可以自动为每一个浏览器访问的用户自动创建session，提供数据存储功能。最常见的，会把用户的登录信息、用户信息存储在session中，以保持持续登录状态。

 

　　什么是session一致性问题？

　　每次http短连接请求，理论上服务端都能定位到session，保持会话状态。

　　当应用只有一台web-server提供服务时，每次浏览器发送http请求，都能够正确路由到存储session的对应web-server（因为只有一台）。

　　此时的web-server是无法保证高可用的，因此如果我们采用Nginx反向代理，然后加上web-server “冗余+故障转移”的方案，用多台web-server来保证高可用时，每次http短连接请求就不一定能路由到正确的session了。

　　比如第一次用户登录的时候，Nginx路由到 web-server1，且在web-server1上创建了session，当第二次访问时，Nginx路由到了web-server2上。此时web-server2上是没有用户的登录信息的，那么就会导致用户需要重新登录，这样用户体验肯定是不好的。

　　那么如何保证分布式系统的session路由一致性呢？

　　一、session同步法

　　这个方案的思路就是，多个web-server之间相互同步session，这样每个web-server之间都包含全部的session。

　　优点：应用程序不需要修改代码。

　　不足：

• session的同步需要数据传输，占内网带宽，有时延

• 所有web-server都包含所有session数据，数据量受内存限制，无法水平扩展。

 

　　二、客户端存储法

　　这个方案的思路就是，服务端存储所有用户的session的话内存占用较大，可以将session存储到浏览器cookie中，每个端只要存储一个用户的数据了。

　　优点：服务端不需要存储。

　　缺点：

• 每次http请求都携带session，占外网带宽

• 数据存储在端上，并在网络传输，存在泄漏、篡改、窃取等安全隐患

• session存储的数据大小受cookie限制

 　　“端存储”的方案虽然不常用，但确实是一种思路。

 

　　三、反向代理hash一致性

　　这个方案的思路就是，在反向代理层做点文章，让同一个用户的请求保证落在一台web-server上。

　　我们可以在反向代理层使用用户ip来做hash，以保证同一个ip的请求落在同一个web-server上。

　　优点：

• 只需要改nginx配置，不需要修改应用代码

• 负载均衡，只要hash属性是均匀的，多台web-server的负载是均衡的

• 可以支持web-server水平扩展

　　不足：

• 如果web-server重启，一部分session会丢失，例如部分用户重新登录

• 如果web-server水平扩展，rehash后session重新分布，也会有一部分用户路由不到正确的session

 

　　四、后端统一存储法

　　思路就是，将session存储在web-server后端的存储层，数据库或者缓存。

　　优点：

• 没有安全隐患

• 可以水平扩展，数据库/缓存水平切分即可

• web-server重启或者扩容都不会有session丢失

　　不足：增加了一次网络调用，并且需要修改应用代码。

　　对于db存储还是cache，个人推荐后者：session读取的频率会很高，数据库压力会比较大。如果有session高可用需求，cache可以做高可用，但大部分情况下session可以丢失，一般也不需要考虑高可用。

 

　　总结

　　保证session一致性的架构设计常见方法：

• session同步法：多台web-server相互同步数据

• 客户端存储法：一个用户只存储自己的数据在cookie中。

• 反向代理hash一致性：保证一个用户的请求落在一台web-server上

• 后端统一存储：web-server重启和扩容，session也不会丢失

 

　　对于方案3和方案4，个人建议推荐后者：

• web层、service层无状态是大规模分布式系统设计原则之一，session属于状态，不宜放在web层。