Cookie與Session機制

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會話（Session）跟蹤是Web程序中常用的技術，用來跟蹤用戶的整個會話。常用的會話跟蹤技術是Cookie與Session。Cookie通過在客戶端記錄信息確定用戶身份，Session通過在伺服器端記錄信息確定用戶身份。

本章將系統地講述Cookie與Session機制。

1.1 Cookie機制

在程序中，會話跟蹤是很重要的事情。理論上，一個用戶的所有請求操作都應該屬於同一個會話，而另一個用戶的所有請求操作則應該屬於另一個會話，二者不能混淆。例如，用戶A在超市購買的任何商品都應該放在A的購物車內，不論是用戶A什麼時間購買的，這都是屬於同一個會話的，不能放入用戶B或用戶C的購物車內，這不屬於同一個會話。

而Web應用程序是使用HTTP協議傳輸數據的。HTTP協議是無狀態的協議。一旦數據交換完畢，客戶端與伺服器端的連接就會關閉，再次交換數據需要建立新的連接。這就意味著伺服器無法從連接上跟蹤會話。即用戶A購買了一件商品放入購物車內，當再次購買商品時伺服器已經無法判斷該購買行為是屬於用戶A的會話還是用戶B的會話了。要跟蹤該會話，必須引入一種機制。

Cookie就是這樣的一種機制。它可以彌補HTTP協議無狀態的不足。在Session出現之前，基本上所有的網站都採用Cookie來跟蹤會話。

1.1.1 什麼是Cookie

Cookie意為「甜餅」，是由W3C組織提出，最早由Netscape社區發展的一種機制。目前Cookie已經成為標準，所有的主流瀏覽器如IE、Netscape、Firefox、Opera等都支持Cookie。

由於HTTP是一種無狀態的協議，伺服器單從網路連接上無從知道客戶身份。怎麼辦呢？就給客戶端們頒發一個通行證吧，每人一個，無論誰訪問都必須攜帶自己通行證。這樣伺服器就能從通行證上確認客戶身份了。這就是Cookie的工作原理。

Cookie實際上是一小段的文本信息。客戶端請求伺服器，如果伺服器需要記錄該用戶狀態，就使用response向客戶端瀏覽器頒發一個Cookie。客戶端瀏覽器會把Cookie保存起來。當瀏覽器再請求該網站時，瀏覽器把請求的網址連同該Cookie一同提交給伺服器。伺服器檢查該Cookie，以此來辨認用戶狀態與許可權。伺服器還可以根據需要修改Cookie的內容。

查看某個網站頒發的Cookie很簡單。在瀏覽器地址欄輸入javascript:alert (document. cookie)就可以了（需要有網才能查看）。

注意：Cookie功能需要瀏覽器的支持。如果瀏覽器不支持Cookie（如大部分手機中的瀏覽器）或者把Cookie禁用了，Cookie功能就會失效。不同的瀏覽器採用不同的方式保存Cookie。IE瀏覽器會在「C:Documents and Settings你的用戶名Cookies」文件夾下以文本文件形式保存，一個文本文件保存一個Cookie。

1.1.2 Cookie的不可跨域名性

很多網站都會使用Cookie。例如，Google會向客戶端頒發Cookie，Baidu也會向客戶端頒發Cookie。那瀏覽器訪問Google會不會也攜帶上Baidu頒發的Cookie呢？或者Google能不能修改Baidu頒發的Cookie呢？

答案是否定的。Cookie具有不可跨域名性。根據Cookie規範，瀏覽器訪問Google只會攜帶Google的Cookie，而不會攜帶Baidu的Cookie。Google也只能操作Google的Cookie，而不能操作Baidu的Cookie。

Cookie在客戶端是由瀏覽器來管理的。瀏覽器能夠保證Google只會操作Google的Cookie而不會操作Baidu的Cookie，從而保證用戶的隱私安全。瀏覽器判斷一個網站是否能操作另一個網站Cookie的依據是域名。Google與Baidu的域名不一樣，因此Google不能操作Baidu的Cookie。

需要注意的是，雖然網站http://images.google.com與網站http://www.google.com同屬於Google，但是域名不一樣，二者同樣不能互相操作彼此的Cookie。

注意：用戶登錄網站http://www.google.com之後會發現訪問images.google.com時登錄信息仍然有效，而普通的Cookie是做不到的。這是因為Google做了特殊處理。本章後面也會對Cookie做類似的處理。

1.1.3 Unicode編碼：保存中文

中文與英文字元不同，中文屬於Unicode字元，在內存中佔4個字元，而英文屬於ASCII字元，內存中只佔2個位元組。Cookie中使用Unicode字元時需要對Unicode字元進行編碼，否則會亂碼。

提示：Cookie中保存中文只能編碼。一般使用UTF-8編碼即可。不推薦使用GBK等中文編碼，因為瀏覽器不一定支持，而且JavaScript也不支持GBK編碼。

1.1.4 BASE64編碼：保存二進位圖片

Cookie不僅可以使用ASCII字元與Unicode字元，還可以使用二進位數據。例如在Cookie中使用數字證書，提供安全度。使用二進位數據時也需要進行編碼。

%注意：本程序僅用於展示Cookie中可以存儲二進位內容，並不實用。由於瀏覽器每次請求伺服器都會攜帶Cookie，因此Cookie內容不宜過多，否則影響速度。Cookie的內容應該少而精。

1.1.5 設置Cookie的所有屬性

除了name與value之外，Cookie還具有其他幾個常用的屬性。每個屬性對應一個getter方法與一個setter方法。Cookie類的所有屬性如表1.1所示。

String name

該Cookie的名稱。Cookie一旦創建，名稱便不可更改

Object value

該Cookie的值。如果值為Unicode字元，需要為字元編碼。如果值為二進位數據，則需要使用BASE64編碼

int maxAge

該Cookie失效的時間，單位秒。如果為正數，則該Cookie在maxAge秒之後失效。如果為負數，該Cookie為臨時Cookie，關閉瀏覽器即失效，瀏覽器也不會以任何形式保存該Cookie。如果為0，表示刪除該Cookie。默認為–1

boolean secure

該Cookie是否僅被使用安全協議傳輸。安全協議。安全協議有HTTPS，SSL等，在網路上傳輸數據之前先將數據加密。默認為false

String path

該Cookie的使用路徑。如果設置為「/sessionWeb/」，則只有contextPath為「/sessionWeb」的程序可以訪問該Cookie。如果設置為「/」，則本域名下contextPath都可以訪問該Cookie。注意最後一個字元必須為「/」

String domain

可以訪問該Cookie的域名。如果設置為「.google.com」，則所有以「google.com」結尾的域名都可以訪問該Cookie。注意第一個字元必須為「.」

String comment

該Cookie的用處說明。瀏覽器顯示Cookie信息的時候顯示該說明

int version

該Cookie使用的版本號。0表示遵循Netscape的Cookie規範，1表示遵循W3C的RFC 2109規範

1.1.6 Cookie的有效期

Cookie的maxAge決定著Cookie的有效期，單位為秒（Second）。Cookie中通過getMaxAge()方法與setMaxAge(int maxAge)方法來讀寫maxAge屬性。

如果maxAge屬性為正數，則表示該Cookie會在maxAge秒之後自動失效。瀏覽器會將maxAge為正數的Cookie持久化，即寫到對應的Cookie文件中。無論客戶關閉了瀏覽器還是電腦，只要還在maxAge秒之前，登錄網站時該Cookie仍然有效。下面代碼中的Cookie信息將永遠有效。

Cookie cookie = new Cookie("username","helloweenvsfei"); // 新建Cookie

cookie.setMaxAge(Integer.MAX_VALUE); // 設置生命周期為MAX_VALUE

response.addCookie(cookie); // 輸出到客戶端

如果maxAge為負數，則表示該Cookie僅在本瀏覽器窗口以及本窗口打開的子窗口內有效，關閉窗口後該Cookie即失效。maxAge為負數的Cookie，為臨時性Cookie，不會被持久化，不會被寫到Cookie文件中。Cookie信息保存在瀏覽器內存中，因此關閉瀏覽器該Cookie就消失了。Cookie默認的maxAge值為–1。

如果maxAge為0，則表示刪除該Cookie。Cookie機制沒有提供刪除Cookie的方法，因此通過設置該Cookie即時失效實現刪除Cookie的效果。失效的Cookie會被瀏覽器從Cookie文件或者內存中刪除，

例如：

Cookie cookie = new Cookie("username","helloweenvsfei"); // 新建Cookie

cookie.setMaxAge(0); // 設置生命周期為0，不能為負數

response.addCookie(cookie); // 必須執行這一句

response對象提供的Cookie操作方法只有一個添加操作add(Cookie cookie)。

要想修改Cookie只能使用一個同名的Cookie來覆蓋原來的Cookie，達到修改的目的。刪除時只需要把maxAge修改為0即可。

注意：從客戶端讀取Cookie時，包括maxAge在內的其他屬性都是不可讀的，也不會被提交。瀏覽器提交Cookie時只會提交name與value屬性。maxAge屬性只被瀏覽器用來判斷Cookie是否過期。

1.1.7 Cookie的修改、刪除

Cookie並不提供修改、刪除操作。如果要修改某個Cookie，只需要新建一個同名的Cookie，添加到response中覆蓋原來的Cookie。

如果要刪除某個Cookie，只需要新建一個同名的Cookie，並將maxAge設置為0，並添加到response中覆蓋原來的Cookie。注意是0而不是負數。負數代表其他的意義。讀者可以通過上例的程序進行驗證，設置不同的屬性。

注意：修改、刪除Cookie時，新建的Cookie除value、maxAge之外的所有屬性，例如name、path、domain等，都要與原Cookie完全一樣。否則，瀏覽器將視為兩個不同的Cookie不予覆蓋，導致修改、刪除失敗。

1.1.8 Cookie的域名

Cookie是不可跨域名的。域名http://www.google.com頒發的Cookie不會被提交到域名百度一下，你就知道去。這是由Cookie的隱私安全機制決定的。隱私安全機制能夠禁止網站非法獲取其他網站的Cookie。

正常情況下，同一個一級域名下的兩個二級域名如http://www.helloweenvsfei.com和images.helloweenvsfei.com也不能交互使用Cookie，因為二者的域名並不嚴格相同。如果想所有helloweenvsfei.com名下的二級域名都可以使用該Cookie，需要設置Cookie的domain參數，例如：

Cookie cookie = new Cookie("time","20080808"); // 新建Cookie

cookie.setDomain(".http://helloweenvsfei.com"); // 設置域名

cookie.setPath("/"); // 設置路徑

cookie.setMaxAge(Integer.MAX_VALUE); // 設置有效期

response.addCookie(cookie); // 輸出到客戶端

讀者可以修改本機C:WINDOWSsystem32driversetc下的hosts文件來配置多個臨時域名，然後使用setCookie.jsp程序來設置跨域名Cookie驗證domain屬性。

注意：domain參數必須以點(".")開始。另外，name相同但domain不同的兩個Cookie是兩個不同的Cookie。如果想要兩個域名完全不同的網站共有Cookie，可以生成兩個Cookie，domain屬性分別為兩個域名，輸出到客戶端。

1.1.9 Cookie的路徑

domain屬性決定運行訪問Cookie的域名，而path屬性決定允許訪問Cookie的路徑（ContextPath）。例如，如果只允許/sessionWeb/下的程序使用Cookie，可以這麼寫：

Cookie cookie = new Cookie("time","20080808"); // 新建Cookie

cookie.setPath("/session/"); // 設置路徑

response.addCookie(cookie); // 輸出到客戶端

設置為「/」時允許所有路徑使用Cookie。path屬性需要使用符號「/」結尾。name相同但domain相同的兩個Cookie也是兩個不同的Cookie。

注意：頁面只能獲取它屬於的Path的Cookie。例如/session/test/a.jsp不能獲取到路徑為/session/abc/的Cookie。使用時一定要注意。

1.1.10 Cookie的安全屬性

HTTP協議不僅是無狀態的，而且是不安全的。使用HTTP協議的數據不經過任何加密就直接在網路上傳播，有被截獲的可能。使用HTTP協議傳輸很機密的內容是一種隱患。如果不希望Cookie在HTTP等非安全協議中傳輸，可以設置Cookie的secure屬性為true。瀏覽器只會在HTTPS和SSL等安全協議中傳輸此類Cookie。下面的代碼設置secure屬性為true：

Cookie cookie = new Cookie("time", "20080808"); // 新建Cookie

cookie.setSecure(true); // 設置安全屬性

response.addCookie(cookie); // 輸出到客戶端

提示：secure屬性並不能對Cookie內容加密，因而不能保證絕對的安全性。如果需要高安全性，需要在程序中對Cookie內容加密、解密，以防泄密。

1.1.11 JavaScript操作Cookie

Cookie是保存在瀏覽器端的，因此瀏覽器具有操作Cookie的先決條件。瀏覽器可以使用腳本程序如JavaScript或者VBScript等操作Cookie。這裡以JavaScript為例介紹常用的Cookie操作。例如下面的代碼會輸出本頁面所有的Cookie。

由於JavaScript能夠任意地讀寫Cookie，有些好事者便想使用JavaScript程序去窺探用戶在其他網站的Cookie。不過這是徒勞的，W3C組織早就意識到JavaScript對Cookie的讀寫所帶來的安全隱患並加以防備了，W3C標準的瀏覽器會阻止JavaScript讀寫任何不屬於自己網站的Cookie。換句話說，A網站的JavaScript程序讀寫B網站的Cookie不會有任何結果。

1.1.12 案例：永久登錄

如果用戶是在自己家的電腦上上網，登錄時就可以記住他的登錄信息，下次訪問時不需要再次登錄，直接訪問即可。實現方法是把登錄信息如賬號、密碼等保存在Cookie中，並控制Cookie的有效期，下次訪問時再驗證Cookie中的登錄信息即可。

保存登錄信息有多種方案。最直接的是把用戶名與密碼都保持到Cookie中，下次訪問時檢查Cookie中的用戶名與密碼，與資料庫比較。這是一種比較危險的選擇，一般不把密碼等重要信息保存到Cookie中。

還有一種方案是把密碼加密後保存到Cookie中，下次訪問時解密並與資料庫比較。這種方案略微安全一些。如果不希望保存密碼，還可以把登錄的時間戳保存到Cookie與資料庫中，到時只驗證用戶名與登錄時間戳就可以了。

這幾種方案驗證賬號時都要查詢資料庫。

本例將採用另一種方案，只在登錄時查詢一次資料庫，以後訪問驗證登錄信息時不再查詢資料庫。實現方式是把賬號按照一定的規則加密後，連同賬號一塊保存到Cookie中。下次訪問時只需要判斷賬號的加密規則是否正確即可。本例把賬號保存到名為account的Cookie中，把賬號連同密鑰用MD1演算法加密後保存到名為ssid的Cookie中。驗證時驗證Cookie中的賬號與密鑰加密後是否與Cookie中的ssid相等。

2.Session機制

除了使用Cookie，Web應用程序中還經常使用Session來記錄客戶端狀態。Session是伺服器端使用的一種記錄客戶端狀態的機制，使用上比Cookie簡單一些，相應的也增加了伺服器的存儲壓力。

2.1 什麼是Session

Session是另一種記錄客戶狀態的機制，不同的是Cookie保存在客戶端瀏覽器中，而Session保存在伺服器上。客戶端瀏覽器訪問伺服器的時候，伺服器把客戶端信息以某種形式記錄在伺服器上。這就是Session。客戶端瀏覽器再次訪問時只需要從該Session中查找該客戶的狀態就可以了。

如果說Cookie機制是通過檢查客戶身上的「通行證」來確定客戶身份的話，那麼Session機制就是通過檢查伺服器上的「客戶明細表」來確認客戶身份。Session相當於程序在伺服器上建立的一份客戶檔案，客戶來訪的時候只需要查詢客戶檔案表就可以了。

2.2 實現用戶登錄

Session對應的類為javax.servlet.http.HttpSession類。每個來訪者對應一個Session對象，所有該客戶的狀態信息都保存在這個Session對象里。Session對象是在客戶端第一次請求伺服器的時候創建的。Session也是一種key-value的屬性對，通過getAttribute(Stringkey)和setAttribute(String key，Objectvalue)方法讀寫客戶狀態信息。Servlet里通過request.getSession()方法獲取該客戶的Session。

注意程序中Session中直接保存了Person類對象與Date類對象，使用起來要比Cookie方便。

當多個客戶端執行程序時，伺服器會保存多個客戶端的Session。獲取Session的時候也不需要聲明獲取誰的Session。Session機制決定了當前客戶只會獲取到自己的Session，而不會獲取到別人的Session。各客戶的Session也彼此獨立，互不可見。

提示：Session的使用比Cookie方便，但是過多的Session存儲在伺服器內存中，會對伺服器造成壓力。

2.3 Session的生命周期

Session保存在伺服器端。為了獲得更高的存取速度，伺服器一般把Session放在內存里。每個用戶都會有一個獨立的Session。如果Session內容過於複雜，當大量客戶訪問伺服器時可能會導致內存溢出。因此，Session里的信息應該盡量精簡。

Session在用戶第一次訪問伺服器的時候自動創建。需要注意只有訪問JSP、Servlet等程序時才會創建Session，只訪問HTML、IMAGE等靜態資源並不會創建Session。如果尚未生成Session，也可以使用request.getSession(true)強制生成Session。

Session生成後，只要用戶繼續訪問，伺服器就會更新Session的最後訪問時間，並維護該Session。用戶每訪問伺服器一次，無論是否讀寫Session，伺服器都認為該用戶的Session「活躍（active）」了一次。

2.4 Session的有效期

由於會有越來越多的用戶訪問伺服器，因此Session也會越來越多。為防止內存溢出，伺服器會把長時間內沒有活躍的Session從內存刪除。這個時間就是Session的超時時間。如果超過了超時時間沒訪問過伺服器，Session就自動失效了。

Session的超時時間為maxInactiveInterval屬性，可以通過對應的getMaxInactiveInterval()獲取，通過setMaxInactiveInterval(longinterval)修改。

Session的超時時間也可以在web.xml中修改。另外，通過調用Session的invalidate()方法可以使Session失效。

2.5 Session對瀏覽器的要求

雖然Session保存在伺服器，對客戶端是透明的，它的正常運行仍然需要客戶端瀏覽器的支持。這是因為Session需要使用Cookie作為識別標誌。HTTP協議是無狀態的，Session不能依據HTTP連接來判斷是否為同一客戶，因此伺服器向客戶端瀏覽器發送一個名為JSESSIONID的Cookie，它的值為該Session的id（也就是HttpSession.getId()的返回值）。Session依據該Cookie來識別是否為同一用戶。

該Cookie為伺服器自動生成的，它的maxAge屬性一般為–1，表示僅當前瀏覽器內有效，並且各瀏覽器窗口間不共享，關閉瀏覽器就會失效。

因此同一機器的兩個瀏覽器窗口訪問伺服器時，會生成兩個不同的Session。但是由瀏覽器窗口內的鏈接、腳本等打開的新窗口（也就是說不是雙擊桌面瀏覽器圖標等打開的窗口）除外。這類子窗口會共享父窗口的Cookie，因此會共享一個Session。

注意：新開的瀏覽器窗口會生成新的Session，但子窗口除外。子窗口會共用父窗口的Session。例如，在鏈接上右擊，在彈出的快捷菜單中選擇「在新窗口中打開」時，子窗口便可以訪問父窗口的Session。

如果客戶端瀏覽器將Cookie功能禁用，或者不支持Cookie怎麼辦？例如，絕大多數的手機瀏覽器都不支持Cookie。Java Web提供了另一種解決方案：URL地址重寫。

2.6 URL地址重寫

URL地址重寫是對客戶端不支持Cookie的解決方案。URL地址重寫的原理是將該用戶Session的id信息重寫到URL地址中。伺服器能夠解析重寫後的URL獲取Session的id。這樣即使客戶端不支持Cookie，也可以使用Session來記錄用戶狀態。