Cookie

洛：大爺，樓上322住的是馬冬梅家吧？

大爺：馬都什么？

夏洛：馬冬梅。

大爺：什么都沒??？

夏洛：馬冬梅啊。

大爺：馬什么沒？

夏洛：行，大爺你先涼快著吧。

在了解這三個概念之前我們先要了解HTTP是無狀態(tài)的Web服務(wù)器，什么是無狀態(tài)呢？就像上面夏洛特?zé)乐薪?jīng)典的一幕對話一樣，一次對話完成后下一次對話完全不知道上一次對話發(fā)生了什么。如果在Web服務(wù)器中只是用來管理靜態(tài)文件還好說，對方是誰并不重要，把文件從磁盤中讀取出來發(fā)出去即可。但是隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，比如電商中的購物車只有記住了用戶的身份才能夠執(zhí)行接下來的一系列動作。所以此時就需要我們無狀態(tài)的服務(wù)器記住一些事情。

那么Web服務(wù)器是如何記住一些事情呢？既然Web服務(wù)器記不住東西，那么我們就在外部想辦法記住，相當(dāng)于服務(wù)器給每個客戶端都貼上了一個小紙條。上面記錄了服務(wù)器給我們返回的一些信息。然后服務(wù)器看到這張小紙條就知道我們是誰了。那么Cookie是誰產(chǎn)生的呢？Cookies是由服務(wù)器產(chǎn)生的。接下來我們描述一下Cookie產(chǎn)生的過程

1.  瀏覽器第一次訪問服務(wù)端時，服務(wù)器此時肯定不知道他的身份，所以創(chuàng)建一個獨特的身份標(biāo)識數(shù)據(jù)，格式為key=value，放入到Set-Cookie字段里，隨著響應(yīng)報文發(fā)給瀏覽器。
2.  瀏覽器看到有Set-Cookie字段以后就知道這是服務(wù)器給的身份標(biāo)識，于是就保存起來，下次請求時會自動將此key=value值放入到Cookie字段中發(fā)給服務(wù)端。
3.  服務(wù)端收到請求報文后，發(fā)現(xiàn)Cookie字段中有值，就能根據(jù)此值識別用戶的身份然后提供個性化的服務(wù)。

接下來我們用代碼演示一下服務(wù)器是如何生成，我們自己搭建一個后臺服務(wù)器，這里我用的是SpringBoot搭建的，并且寫入SpringMVC的代碼如下。 

@RequestMapping("/testCookies")  
public String cookies(HttpServletResponse response){  
    response.addCookie(new Cookie("testUser","xxxx"));  
    return "cookies";  
} 

項目啟動以后我們輸入路徑http://localhost:8005/testCookies，然后查看發(fā)的請求?？梢钥吹较旅婺菑垐D使我們首次訪問服務(wù)器時發(fā)送的請求，可以看到服務(wù)器返回的響應(yīng)中有Set-Cookie字段。而里面的key=value值正是我們服務(wù)器中設(shè)置的值。

接下來我們再次刷新這個頁面可以看到在請求體中已經(jīng)設(shè)置了Cookie字段，并且將我們的值也帶過去了。這樣服務(wù)器就能夠根據(jù)Cookie中的值記住我們的信息了。

接下來我們換一個請求呢？是不是Cookie也會帶過去呢？接下來我們輸入路徑http://localhost:8005請求。我們可以看到Cookie字段還是被帶過去了。

那么瀏覽器的Cookie是存放在哪呢？如果是使用的是Chrome瀏覽器的話，那么可以按照下面步驟。

1.  在計算機(jī)打開Chrome
2.  在右上角，一次點擊更多圖標(biāo)->設(shè)置
3.  在底部，點擊高級
4.  在隱私設(shè)置和安全性下方，點擊網(wǎng)站設(shè)置
5.  依次點擊Cookie->查看所有Cookie和網(wǎng)站數(shù)據(jù)

然后可以根據(jù)域名進(jìn)行搜索所管理的Cookie數(shù)據(jù)。所以是瀏覽器替你管理了Cookie的數(shù)據(jù)，如果此時你換成了Firefox等其他的瀏覽器，因為Cookie剛才是存儲在Chrome里面的，所以服務(wù)器又蒙圈了，不知道你是誰，就會給Firefox再次貼上小紙條。

Cookie中的參數(shù)設(shè)置

說到這里，應(yīng)該知道了Cookie就是服務(wù)器委托瀏覽器存儲在客戶端里的一些數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)通常都會記錄用戶的關(guān)鍵識別信息。所以Cookie需要用一些其他的手段用來保護(hù)，防止外泄或者竊取，這些手段就是Cookie的屬性。

下面我就簡單演示一下這幾個參數(shù)的用法及現(xiàn)象。

Path

設(shè)置為cookie.setPath("/testCookies")，接下來我們訪問http://localhost:8005/testCookies，我們可以看到在左邊和我們指定的路徑是一樣的，所以Cookie才在請求頭中出現(xiàn)，接下來我們訪問http://localhost:8005，我們發(fā)現(xiàn)沒有Cookie字段了，這就是Path控制的路徑。

Domain

設(shè)置為cookie.setDomain("localhost")，接下來我們訪問http://localhost:8005/testCookies我們發(fā)現(xiàn)下圖中左邊的是有Cookie的字段的，但是我們訪問http://172.16.42.81:8005/testCookies，看下圖的右邊可以看到?jīng)]有Cookie的字段了。這就是Domain控制的域名發(fā)送Cookie。

接下來的幾個參數(shù)就不一一演示了，相信到這里大家應(yīng)該對Cookie有一些了解了。

Session

> Cookie是存儲在客戶端方，Session是存儲在服務(wù)端方，客戶端只存儲SessionId

在上面我們了解了什么是Cookie，既然瀏覽器已經(jīng)通過Cookie實現(xiàn)了有狀態(tài)這一需求，那么為什么又來了一個Session呢？這里我們想象一下，如果將賬戶的一些信息都存入Cookie中的話，一旦信息被攔截，那么我們所有的賬戶信息都會丟失掉。所以就出現(xiàn)了Session，在一次會話中將重要信息保存在Session中，瀏覽器只記錄SessionId一個SessionId對應(yīng)一次會話請求。

@RequestMapping("/testSession")  
@ResponseBody  
public String testSession(HttpSession session){  
    session.setAttribute("testSession","this is my session");  
    return "testSession";  
}  
@RequestMapping("/testGetSession")  
@ResponseBody  
public String testGetSession(HttpSession session){  
    Object testSession = session.getAttribute("testSession");  
    return String.valueOf(testSession);  
} 

這里我們寫一個新的方法來測試Session是如何產(chǎn)生的，我們在請求參數(shù)中加上HttpSession session，然后再瀏覽器中輸入http://localhost:8005/testSession進(jìn)行訪問可以看到在服務(wù)器的返回頭中在Cookie中生成了一個SessionId。然后瀏覽器記住此SessionId下次訪問時可以帶著此Id，然后就能根據(jù)此Id找到存儲在服務(wù)端的信息了。

此時我們訪問路徑http://localhost:8005/testGetSession，發(fā)現(xiàn)得到了我們上面存儲在Session中的信息。那么Session什么時候過期呢？

•  客戶端：和Cookie過期一致，如果沒設(shè)置，默認(rèn)是關(guān)了瀏覽器就沒了，即再打開瀏覽器的時候初次請求頭中是沒有SessionId了。
•  服務(wù)端：服務(wù)端的過期是真的過期，即服務(wù)器端的Session存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多久不可用了，默認(rèn)是30分鐘。

既然我們知道了Session是在服務(wù)端進(jìn)行管理的，那么或許你們看到這有幾個疑問，Session是在在哪創(chuàng)建的？Session是存儲在什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中？接下來帶領(lǐng)大家一起看一下Session是如何被管理的。

Session的管理是在容器中被管理的，什么是容器呢？Tomcat、Jetty等都是容器。接下來我們拿最常用的Tomcat為例來看下Tomcat是如何管理Session的。在ManageBase的createSession是用來創(chuàng)建Session的。 

@Override  
public Session createSession(String sessionId) {  
    //首先判斷Session數(shù)量是不是到了最大值，最大Session數(shù)可以通過參數(shù)設(shè)置  
    if ((maxActiveSessions >= 0) &&  
            (getActiveSessions() >= maxActiveSessions)) {  
        rejectedSessions++;  
        throw new TooManyActiveSessionsException(  
                sm.getString("managerBase.createSession.ise"),  
                maxActiveSessions);  
    }  
    // 重用或者創(chuàng)建一個新的Session對象，請注意在Tomcat中就是StandardSession  
    // 它是HttpSession的具體實現(xiàn)類，而HttpSession是Servlet規(guī)范中定義的接口  
    Session session = createEmptySession();  
    // 初始化新Session的值  
    session.setNew(true);  
    session.setValid(true);  
    session.setCreationTime(System.currentTimeMillis());  
    // 設(shè)置Session過期時間是30分鐘  
    session.setMaxInactiveInterval(getContext().getSessionTimeout() * 60);  
    String id = sessionId;  
    if (id == null) {  
        id = generateSessionId();  
    }  
    session.setId(id);// 這里會將Session添加到ConcurrentHashMap中  
    sessionCounter++;  
    //將創(chuàng)建時間添加到LinkedList中，并且把最先添加的時間移除  
    //主要還是方便清理過期Session  
    SessionTiming timing = new SessionTiming(session.getCreationTime(), 0);  
    synchronized (sessionCreationTiming) { 
         sessionCreationTiming.add(timing);  
        sessionCreationTiming.poll(); 
     }  
    return session  
} 

到此我們明白了Session是如何創(chuàng)建出來的，創(chuàng)建出來后Session會被保存到一個ConcurrentHashMap中?？梢钥碨tandardSession類。 

protected Map<string, session> sessions = new ConcurrentHashMap&lt;&gt;(); 

到這里大家應(yīng)該對Session有簡單的了解了。

> Session是存儲在Tomcat的容器中，所以如果后端機(jī)器是多臺的話，因此多個機(jī)器間是無法共享Session的，此時可以使用Spring提供的分布式Session的解決方案，是將Session放在了Redis中。

Token

Session是將要驗證的信息存儲在服務(wù)端，并以SessionId和數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)，SessionId由客戶端存儲，在請求時將SessionId也帶過去，因此實現(xiàn)了狀態(tài)的對應(yīng)。而Token是在服務(wù)端將用戶信息經(jīng)過Base64Url編碼過后傳給在客戶端，每次用戶請求的時候都會帶上這一段信息，因此服務(wù)端拿到此信息進(jìn)行解密后就知道此用戶是誰了，這個方法叫做JWT(Json Web Token)。

> Token相比較于Session的優(yōu)點在于，當(dāng)后端系統(tǒng)有多臺時，由于是客戶端訪問時直接帶著數(shù)據(jù)，因此無需做共享數(shù)據(jù)的操作。

Token的優(yōu)點

1.  簡潔：可以通過URL,POST參數(shù)或者是在HTTP頭參數(shù)發(fā)送，因為數(shù)據(jù)量小，傳輸速度也很快
2.  自包含：由于串包含了用戶所需要的信息，避免了多次查詢數(shù)據(jù)庫
3.  因為Token是以Json的形式保存在客戶端的，所以JWT是跨語言的
4.  不需要在服務(wù)端保存會話信息，特別適用于分布式微服務(wù)

JWT的結(jié)構(gòu)

實際的JWT大概長下面的這樣，它是一個很長的字符串，中間用.分割成三部分

JWT是有三部分組成的

Header

是一個Json對象，描述JWT的元數(shù)據(jù)，通常是下面這樣子的 

{  
  "alg": "HS256",  
  "typ": "JWT"  
} 

上面代碼中，alg屬性表示簽名的算法（algorithm），默認(rèn)是 HMAC SHA256（寫成 HS256）；typ屬性表示這個令牌（token）的類型（type），JWT 令牌統(tǒng)一寫為JWT。 最后，將上面的 JSON 對象使用 Base64URL 算法轉(zhuǎn)成字符串。

> JWT 作為一個令牌（token），有些場合可能會放到 URL（比如 api.example.com/?token=xxx）。Base64 有三個字符+、/和=，在 URL 里面有特殊含義，所以要被替換掉：=被省略、+替換成-，/替換成_ 。這就是 Base64URL 算法。

Payload

Payload部分也是一個Json對象，用來存放實際需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，JWT官方規(guī)定了下面幾個官方的字段供選用。

•  iss (issuer)：簽發(fā)人
•  exp (expiration time)：過期時間
•  sub (subject)：主題
•  aud (audience)：受眾
•  nbf (Not Before)：生效時間
•  iat (Issued At)：簽發(fā)時間
•  jti (JWT ID)：編號

當(dāng)然除了官方提供的這幾個字段我們也能夠自己定義私有字段，下面就是一個例子 

{  
  "name": "xiaoMing",  
  "age": 14  
} 

默認(rèn)情況下JWT是不加密的，任何人只要在網(wǎng)上進(jìn)行Base64解碼就可以讀到信息，所以一般不要將秘密信息放在這個部分。這個Json對象也要用Base64URL 算法轉(zhuǎn)成字符串

Signature

Signature部分是對前面的兩部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名，防止數(shù)據(jù)篡改。

首先需要定義一個秘鑰，這個秘鑰只有服務(wù)器才知道，不能泄露給用戶，然后使用Header中指定的簽名算法(默認(rèn)情況是HMAC SHA256)，算出簽名以后將Header、Payload、Signature三部分拼成一個字符串，每個部分用.分割開來，就可以返給用戶了。

> HS256可以使用單個密鑰為給定的數(shù)據(jù)樣本創(chuàng)建簽名。當(dāng)消息與簽名一起傳輸時，接收方可以使用相同的密鑰來驗證簽名是否與消息匹配。

上面我們介紹了關(guān)于JWT的一些概念，接下來如何使用呢？首先在項目中引入Jar包 

compile('io.jsonwebtoken:jjwt:0.9.0') 

然后編碼如下 

// 簽名算法 ，將對token進(jìn)行簽名  
SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;  
// 通過秘鑰簽名JWT  
byte[] apiKeySecretBytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary("SECRET");  
Key signingKey = new SecretKeySpec(apiKeySecretBytes, signatureAlgorithm.getJcaName());  
Map<string,object> claimsMap = new HashMap&lt;&gt;();  
claimsMap.put("name","xiaoMing");  
claimsMap.put("age",14);  
JwtBuilder builderWithSercet = Jwts.builder()  
        .setSubject("subject")  
        .setIssuer("issuer")  
        .addClaims(claimsMap)  
        .signWith(signatureAlgorithm, signingKey);  
System.out.printf(builderWithSercet.compact()); 

發(fā)現(xiàn)輸出的Token如下 

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJzdWIiOiJzdWJqZWN0IiwiaXNzIjoiaXNzdWVyIiwibmFtZSI6InhpYW9NaW5nIiwiYWdlIjoxNH0.3KOWQ-oYvBSzslW5vgB1D-JpCwS-HkWGyWdXCP5l3Ko 

此時在網(wǎng)上隨便找個Base64解碼的網(wǎng)站就能將信息解碼出來

總結(jié)

相信大家看到這應(yīng)該對Cookie、Session、Token有一定的了解了，接下來再回顧一下重要的知識點

•  Cookie是存儲在客戶端的
•  Session是存儲在服務(wù)端的，可以理解為一個狀態(tài)列表。擁有一個唯一會話標(biāo)識SessionId?？梢愿鶕?jù)SessionId在服務(wù)端查詢到存儲的信息。
•  Session會引發(fā)一個問題，即后端多臺機(jī)器時Session共享的問題，解決方案可以使用Spring提供的框架。
•  Token類似一個令牌，無狀態(tài)的，服務(wù)端所需的信息被Base64編碼后放到Token中，服務(wù)器可以直接解碼出其中的數(shù)據(jù)。