Session 的原理及最佳实践

Http协议是基于请求和响应的一种无状态的协议，而通过session可以使得Http应用变得有状态，即可以“记住”客户端的信息。今天就来说说这个session和cookie。

Session 的原理

session是在服务器端保持用户会话数据的一种方法，对应的cookie是在客户端保持用户数据。为了在客户端（比如浏览器）可以跨页面交流数据，Netscape将cookie引入浏览器。所以，cookie是保存在浏览器端的。

那么服务器是如何获取这些浏览器的cookie的呢？是通过超全局变量$_COOKIE。就是说，服务端在接到请求(request)的时候通过这个$_COOKIE获取客户端的数据，而在响应(respsonse)的时候又通过$_COOKIE这个变量把数据传给客户端；对于客户端，通过$_COOKIE将自己的数据发送给服务端，而又通过$_COOKIE获取服务端方面想要传递的值。这是服务端和客户端交流数据cookie的方式。这里说的客户端，可以是浏览器，也可以是别的；相同的浏览器，不同的网页发的请求都属于统一客户端；不同浏览器发的相同请求属于不同的客户端。

那么服务器是如何记住众多用户的会话数据呢？首先要将客户端和服务端建立一一对应关系，使得每个客户端都要一个唯一标示，这样，服务器才能识别出来。建立唯一标识的方法是通过cookie或者通过GET方式在服务端建立session。php在使用session的时候，默认的会建立一个名叫"PHPSESSID"的cookie，值是唯一的（这个名字可以通过php.ini修改session.name值去改，这个唯一值的生成方式也可以修改），并在某个文件(session.save_path目录)下保存一个文件(文件名唯一由刚刚生成的那个PHPSESSID cookie决定)，然后发送给客户端，客户端在再次发送请求的时候，就会把这个名叫"PHPSESSID"的cookie带过来，也就是$_COOKIE["PHPSESSID"]，这个cookie的值不是session本身，而是一个session_id，一个和客户端一一对应的id。

php会根据这个session_id去找对应的session文件。比如：sess_vv9lpgf0nmkurgvkba1vbvj915，这里的vv9lpgf0nmkurgvkba1vbvj915就是一个session_id。这个文件和客户端也是一一对应的。这里面保存的值就是对应这个客户端在服务端所保存的数据。

使用Session之前为什么必须先执行session_start()？

了解的原理之后，所谓的session其实就是客户端一个session id服务器端一个session file。新建session之前执行session_start()是告诉服务器要种一个cookie($_COOKIE["PHPSESSID"])以及准备好对应的session文件，然后再发送出去，是谁发过来的请求，谁就会获得这个唯一的标示。读取session之前执行session_start()是告诉服务器，赶紧根据从客户端发过来的$_COOKIE中去获取$_COOKIE["PHPSESSID"]这个session_id，然后去某个路径下获取由session_id决定的唯一的文件(sess_vv9lpgf0nmkurgvkba1vbvj915)，再把值读取出来。

需要注意的是：

• PHPSESSID这个名称是可以配置的
• ession保存的位置也是可以配置的通过php.ini中session.save_path设置，甚至，可以通过别的方式保存在数据库或者缓存中
• 在存session时限序列化，读取的时候，先反序列化

这就是session的实现机制和原理。在机制不变的情况下，每个环节的实现方式几乎都可以自定义。比如可以在这些方面实现自定义：

• 如果客户端不支持cookie，你也可以通过GET方式将session id发送到服务端
• 如果你想改变唯一session_id的生成方式，你也可以选择用uniqid
• 你也可以改变session存放的路径
• 可以改变session文件的前缀，后缀
• 甚至你可以把session存在数据库，缓存当中

因此，session的使用方式灵活多样，前提是你了解这个实现机制。大部分上面的DIY都可以在php.ini中通过配置实现。下面我们介绍下如何实现将session保存在除文件以外别的媒介中，毕竟，文件也只是一种而已。

自定义存储

要想将session保存在别的媒介(比如缓存)需要先介绍一个接口：SessionHandlerInterface
可以通过实现这个接口，来自定义session的存贮方式，比如数据库。当然，要实现一些基本的方法。

SessionHandlerInterface {
    /* 方法 */
    abstract public bool close ( void )
    abstract public bool destroy ( string $session_id )
    abstract public bool gc ( string $maxlifetime )
    abstract public bool open ( string $save_path , string $name )
    abstract public string read ( string $session_id )
    abstract public bool write ( string $session_id , string $session_data )
}

比如自己来重新写一个：

<?php
class MySessionHandler implements SessionHandlerInterface
{
    private $savePath;

    public function open($savePath, $sessionName)
    {
        $this->savePath = $savePath;
        if (!is_dir($this->savePath)) {
            mkdir($this->savePath, 0777);
        }

        return true;
    }

    public function close()
    {
        return true;
    }

    public function read($id)
    {
        return (string)@file_get_contents("$this->savePath/sess_$id");
    }

    public function write($id, $data)
    {
        return file_put_contents("$this->savePath/sess_$id", $data) === false ? false : true;
    }

    public function destroy($id)
    {
        $file = "$this->savePath/sess_$id";
        if (file_exists($file)) {
            unlink($file);
        }

        return true;
    }

    public function gc($maxlifetime)
    {
        foreach (glob("$this->savePath/sess_*") as $file) {
            if (filemtime($file) + $maxlifetime < time() && file_exists($file)) {
                unlink($file);
            }
        }

        return true;
    }
}

$handler = new MySessionHandler();
session_set_save_handler($handler, true);
session_start();

如果是缓存(如memcached或者redis)，就应该持有一个Cache或者Redis实例，并委托这个实例来实现open/close/read/write功能，整体不复杂，重在规范。

至于这个gc值得介绍下，为啥要有个gc？因为session总要有个过期或者失效时间，因此启用一个garbage collection机制，也就是几率性回收机制，。但是问题又来了，为啥不每次都去检测下当前过期的session并除之而后快呢？这里涉及到一个性能问题，对session读写操作是频繁的，如果每次都要在session操作时在所有的session当中检测下哪些过期，哪些没有过期，是不是太低效了点？尤其是session保存在文件中时尤其如此，一个session就是一个文件，客户连接数一多，文件的数量将非常巨大。因此不用每次检查，而是按照一定几率去回收，这样性能就不至于收到太大影响，在足够多次数访问后，绝大多数过期session也能得到清理。

那么，这又牵扯进另一个问题——什么是过期的session?

Session的过期问题

在php中设置session有很多方面，包括给session设置值或直接设置过期、失效和有效期。

服务端方面

在PHP中主要通过设置session.gc_maxlifetime来设定Session的生存周期：

ini_set('session.gc_maxlifetime', 3600); //设置时间 
ini_get('session.gc_maxlifetime');//得到ini中设定值 

超过这个gc_maxlifetime时间，session会被认为是garbage，有垃圾就有垃圾回收，但是垃圾回收的检查却不是每次都进行，而是按照一个几率，分别是这两个参数：

session.gc_probability = 1
session.gc_divisor = 1000

那么，每次请求，垃圾会被回收的概率就是 session.gc_probability / session.gc_divisor = 1/1000
所以，在服务端方面，session主要和session.gc_maxlifetime有关，次要和session.gc_probability及session.gc_divisor有关；

客户端方面

主要和cookie的过期时间有关。php.ini中通过session.name = PHPSESSID来保存session的cookie名字默认为PHPSESSID(可以修改)，那么可以设定这个cookie的过期时间来实现session的过期。

session.use_cookies = 1；

把这个的值设置为1，利用cookie来传递sessionid；

session.cookie_lifetime = 0

这个代表SessionID在客户端Cookie储存的时间，默认是0，代表浏览器一关闭sessionid就作废。如果想使得PHPSESSID cookie永久有效，这个可以设为一个很大的值如999999999。另外也可以通过session_set_cookie_params()函数来设定PHPSESSID cookie的有效期

结论

不管是设置Session的为N秒过期还是永不过期，都要同时设定session.gc_maxlifetime和session.cookie_lifetime为同一值N；永不过期时可以设定为一个非常大的值(如9999999)

设置session过期的例子

有个设置session过期时间的例子可以参考下：

function start_session($expire = 0)
{
    if ($expire == 0) {
        $expire = ini_get('session.gc_maxlifetime');
    } else {
        ini_set('session.gc_maxlifetime', $expire);
    }
    if (empty($_COOKIE['PHPSESSID'])) {
        session_set_cookie_params($expire);
        session_start();
    } else {
        session_start();
        setcookie('PHPSESSID', session_id(), time() + $expire);
    }
}

使用方法：

//600秒以后过期
start_session(600);

最佳实践

session_start() 会创建新会话或者重用现有会话，与之相反session_commit()/session_write_close()即保存当前session数据，并且关闭当前会话。前者是open+read，后者是write+close，由此可见session_commit的重要性了吧？

为了防止并发的写session，任何时刻只能允许有一个PHP脚本在操作session，因此，一个脚本一旦session_start打开session，那么在此脚本终止或者调用session_write_close()之前，别的任何脚本都不能使用session。在默认情况下脚本结束时会自动写入和关闭session,但是在脚本执行时间比较长的时候，此脚本就一致占据锁使得别的脚本无法使用session，因此导致许多错误。
因此，最佳实践是，任何session变量，数据的更改(如$_SESSION[xx] = xxx)，都要及时使用session_commit()保存数据，关闭会话。
下面介绍一个有可能在单点登录中会用到的例子：

//从数据库中获取先前登录的session_id
$pre_sid = $user_session['session_id'];
//当前登录的session_id
$now_sid = session_id();

//先将当前会话置为$pre_sid
session_id($pre_sid);
//open+read之前的会话数据
session_start();
//unset()掉之前会话数据
session_unset();
//write+close之前的会话数据
session_commit();

//再将会话设置成当前的
session_id($now_sid);
//open+read当前的会话数据
session_start();
$_SESSION['username'] = $username;
//write+close当前的会话数据
session_commit();