session一致性架構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐

一、緣起

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什么是session？
服務(wù)器為每個(gè)用戶創(chuàng)建一個(gè)會(huì)話，存儲(chǔ)用戶的相關(guān)信息，以便多次請(qǐng)求能夠定位到同一個(gè)上下文。

Web開發(fā)中，web-server可以自動(dòng)為同一個(gè)瀏覽器的訪問(wèn)用戶自動(dòng)創(chuàng)建session，提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。最常見的，會(huì)把用戶的登錄信息、用戶信息存儲(chǔ)在session中，以保持登錄狀態(tài)。

什么是session一致性問(wèn)題？
只要用戶不重啟瀏覽器，每次http短連接請(qǐng)求，理論上服務(wù)端都能定位到session，保持會(huì)話。

當(dāng)只有一臺(tái)web-server提供服務(wù)時(shí)，每次http短連接請(qǐng)求，都能夠正確路由到存儲(chǔ)session的對(duì)應(yīng)web-server（廢話，因?yàn)橹挥幸慌_(tái)）。

此時(shí)的web-server是無(wú)法保證高可用的，采用“冗余+故障轉(zhuǎn)移”的多臺(tái)web-server來(lái)保證高可用時(shí)，每次http短連接請(qǐng)求就不一定能路由到正確的session了。

如上圖，假設(shè)用戶包含登錄信息的session都記錄在第一臺(tái)web-server上，反向代理如果將請(qǐng)求路由到另一臺(tái)web-server上，可能就找不到相關(guān)信息，而導(dǎo)致用戶需要重新登錄。

在web-server高可用時(shí)，如何保證session路由的一致性，是今天將要討論的問(wèn)題。

二、session同步法

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思路：多個(gè)web-server之間相互同步session，這樣每個(gè)web-server之間都包含全部的session

優(yōu)點(diǎn)：web-server支持的功能，應(yīng)用程序不需要修改代碼

不足：
?session的同步需要數(shù)據(jù)傳輸，占內(nèi)網(wǎng)帶寬，有時(shí)延
?所有web-server都包含所有session數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量受內(nèi)存限制，無(wú)法水平擴(kuò)展
?有更多web-server時(shí)要歇菜

三、客戶端存儲(chǔ)法

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思路：服務(wù)端存儲(chǔ)所有用戶的session，內(nèi)存占用較大，可以將session存儲(chǔ)到瀏覽器cookie中，每個(gè)端只要存儲(chǔ)一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)了

優(yōu)點(diǎn)：服務(wù)端不需要存儲(chǔ)

缺點(diǎn)：
?每次http請(qǐng)求都攜帶session，占外網(wǎng)帶寬
?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在端上，并在網(wǎng)絡(luò)傳輸，存在泄漏、篡改、竊取等安全隱患
?session存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)大小受cookie限制

“端存儲(chǔ)”的方案雖然不常用，但確實(shí)是一種思路。

三、反向代理hash一致性

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思路：web-server為了保證高可用，有多臺(tái)冗余，反向代理層能不能做一些事情，讓同一個(gè)用戶的請(qǐng)求保證落在一臺(tái)web-server上呢？

方案一：四層代理hash

反向代理層使用用戶ip來(lái)做hash，以保證同一個(gè)ip的請(qǐng)求落在同一個(gè)web-server上

方案二：七層代理hash
反向代理使用http協(xié)議中的某些業(yè)務(wù)屬性來(lái)做hash，例如sid，city_id，user_id等，能夠更加靈活的實(shí)施hash策略，以保證同一個(gè)瀏覽器用戶的請(qǐng)求落在同一個(gè)web-server上

優(yōu)點(diǎn)：
?只需要改nginx配置，不需要修改應(yīng)用代碼
?負(fù)載均衡，只要hash屬性是均勻的，多臺(tái)web-server的負(fù)載是均衡的
?可以支持web-server水平擴(kuò)展（session同步法是不行的，受內(nèi)存限制）

不足：
?如果web-server重啟，一部分session會(huì)丟失，產(chǎn)生業(yè)務(wù)影響，例如部分用戶重新登錄
?如果web-server水平擴(kuò)展，rehash后session重新分布，也會(huì)有一部分用戶路由不到正確的session

session一般是有有效期的，所有不足中的兩點(diǎn)，可以認(rèn)為等同于部分session失效，一般問(wèn)題不大。

對(duì)于四層hash還是七層hash，個(gè)人推薦前者：讓專業(yè)的軟件做專業(yè)的事情，反向代理就負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)，盡量不要引入應(yīng)用層業(yè)務(wù)屬性，除非不得不這么做（例如，有時(shí)候多機(jī)房多活需要按照業(yè)務(wù)屬性路由到不同機(jī)房的web-server）。

四、后端統(tǒng)一存儲(chǔ)

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思路：將session存儲(chǔ)在web-server后端的存儲(chǔ)層，數(shù)據(jù)庫(kù)或者緩存

優(yōu)點(diǎn)：
?沒有安全隱患
?可以水平擴(kuò)展，數(shù)據(jù)庫(kù)/緩存水平切分即可
?web-server重啟或者擴(kuò)容都不會(huì)有session丟失

不足：增加了一次網(wǎng)絡(luò)調(diào)用，并且需要修改應(yīng)用代碼

對(duì)于db存儲(chǔ)還是cache，個(gè)人推薦后者：session讀取的頻率會(huì)很高，數(shù)據(jù)庫(kù)壓力會(huì)比較大。如果有session高可用需求，cache可以做高可用，但大部分情況下session可以丟失，一般也不需要考慮高可用。

五、總結(jié)

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保證session一致性的架構(gòu)設(shè)計(jì)常見方法：
?session同步法：多臺(tái)web-server相互同步數(shù)據(jù)
?客戶端存儲(chǔ)法：一個(gè)用戶只存儲(chǔ)自己的數(shù)據(jù)
?反向代理hash一致性：四層hash和七層hash都可以做，保證一個(gè)用戶的請(qǐng)求落在一臺(tái)web-server上
?后端統(tǒng)一存儲(chǔ)：web-server重啟和擴(kuò)容，session也不會(huì)丟失

對(duì)于方案3和方案4，個(gè)人建議推薦后者：
?web層、service層無(wú)狀態(tài)是大規(guī)模分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則之一，session屬于狀態(tài)，不宜放在web層
?讓專業(yè)的軟件做專業(yè)的事情，web-server存session？還是讓cache去做這樣的事情吧