06.2. Go 如何使用 session

Go Web 编程 /

通过上一小节的介绍，我们知道 session 是在服务器端实现的一种用户和服务器之间认证的解决方案，目前 Go 标准包没有为 session 提供任何支持，这小节我们将会自己动手来实现 go 版本的 session 管理和创建。

session 创建过程#

session 的基本原理是由服务器为每个会话维护一份信息数据，客户端和服务端依靠一个全局唯一的标识来访问这份数据，以达到交互的目的。当用户访问 Web 应用时，服务端程序会随需要创建 session，这个过程可以概括为三个步骤：

生成全局唯一标识符（sessionid）；
开辟数据存储空间。一般会在内存中创建相应的数据结构，但这种情况下，系统一旦掉电，所有的会话数据就会丢失，如果是电子商务类网站，这将造成严重的后果。所以为了解决这类问题，你可以将会话数据写到文件里或存储在数据库中，当然这样会增加 I/O 开销，但是它可以实现某种程度的 session 持久化，也更有利于 session 的共享；
将 session 的全局唯一标示符发送给客户端。

以上三个步骤中，最关键的是如何发送这个 session 的唯一标识这一步上。考虑到 HTTP 协议的定义，数据无非可以放到请求行、头域或 Body 里，所以一般来说会有两种常用的方式：cookie 和 URL 重写。

Cookie
服务端通过设置 Set-cookie 头就可以将 session 的标识符传送到客户端，而客户端此后的每一次请求都会带上这个标识符，另外一般包含 session 信息的 cookie 会将失效时间设置为 0 (会话 cookie)，即浏览器进程有效时间。至于浏览器怎么处理这个 0，每个浏览器都有自己的方案，但差别都不会太大 (一般体现在新建浏览器窗口的时候)；
URL 重写
所谓 URL 重写，就是在返回给用户的页面里的所有的 URL 后面追加 session 标识符，这样用户在收到响应之后，无论点击响应页面里的哪个链接或提交表单，都会自动带上 session 标识符，从而就实现了会话的保持。虽然这种做法比较麻烦，但是，如果客户端禁用了 cookie 的话，此种方案将会是首选。

Go 实现 session 管理#

通过上面 session 创建过程的讲解，读者应该对 session 有了一个大体的认识，但是具体到动态页面技术里面，又是怎么实现 session 的呢？下面我们将结合 session 的生命周期（lifecycle），来实现 go 语言版本的 session 管理。

session 管理设计#

我们知道 session 管理涉及到如下几个因素

全局 session 管理器
保证 sessionid 的全局唯一性
为每个客户关联一个 session
session 的存储 (可以存储到内存、文件、数据库等)
session 过期处理

接下来我将讲解一下我关于 session 管理的整个设计思路以及相应的 go 代码示例：

Session 管理器#

定义一个全局的 session 管理器


type Manager struct {
    cookieName  string     // private cookiename
    lock        sync.Mutex // protects session
    provider    Provider
    maxLifeTime int64
}

func NewManager(provideName, cookieName string, maxLifeTime int64) (*Manager, error) {
    provider, ok := provides[provideName]
    if !ok {
        return nil, fmt.Errorf("session: unknown provide %q (forgotten import?)", provideName)
    }
    return &Manager{provider: provider, cookieName: cookieName, maxLifeTime: maxLifeTime}, nil
}

Go 实现整个的流程应该也是这样的，在 main 包中创建一个全局的 session 管理器


var globalSessions *session.Manager
// 然后在 init 函数中初始化
func init() {
    globalSessions, _ = NewManager("memory", "gosessionid", 3600)
}

我们知道 session 是保存在服务器端的数据，它可以以任何的方式存储，比如存储在内存、数据库或者文件中。因此我们抽象出一个 Provider 接口，用以表征 session 管理器底层存储结构。


type Provider interface {
    SessionInit(sid string) (Session, error)
    SessionRead(sid string) (Session, error)
    SessionDestroy(sid string) error
    SessionGC(maxLifeTime int64)
}

SessionInit 函数实现 Session 的初始化，操作成功则返回此新的 Session 变量
SessionRead 函数返回 sid 所代表的 Session 变量，如果不存在，那么将以 sid 为参数调用 SessionInit 函数创建并返回一个新的 Session 变量
SessionDestroy 函数用来销毁 sid 对应的 Session 变量
SessionGC 根据 maxLifeTime 来删除过期的数据

那么 Session 接口需要实现什么样的功能呢？有过 Web 开发经验的读者知道，对 Session 的处理基本就设置值、读取值、删除值以及获取当前 sessionID 这四个操作，所以我们的 Session 接口也就实现这四个操作。


type Session interface {
    Set(key, value interface{}) error // set session value
    Get(key interface{}) interface{}  // get session value
    Delete(key interface{}) error     // delete session value
    SessionID() string                // back current sessionID
}

以上设计思路来源于 database/sql/driver，先定义好接口，然后具体的存储 session 的结构实现相应的接口并注册后，相应功能这样就可以使用了，以下是用来随需注册存储 session 的结构的 Register 函数的实现。


var provides = make(map[string]Provider)

// Register makes a session provide available by the provided name.
// If Register is called twice with the same name or if driver is nil,
// it panics.
func Register(name string, provider Provider) {
    if provider == nil {
        panic("session: Register provider is nil")
    }
    if _, dup := provides[name]; dup {
        panic("session: Register called twice for provider " + name)
    }
    provides[name] = provider
}

全局唯一的 Session ID#

Session ID 是用来识别访问 Web 应用的每一个用户，因此必须保证它是全局唯一的（GUID），下面代码展示了如何满足这一需求：


func (manager *Manager) sessionId() string {
    b := make([]byte, 32)
    if _, err := rand.Read(b); err != nil {
        return ""
    }
    return base64.URLEncoding.EncodeToString(b)
}

session 创建#

我们需要为每个来访用户分配或获取与他相关连的 Session，以便后面根据 Session 信息来验证操作。SessionStart 这个函数就是用来检测是否已经有某个 Session 与当前来访用户发生了关联，如果没有则创建之。


func (manager *Manager) SessionStart(w http.ResponseWriter, r *http.Request) (session Session) {
    manager.lock.Lock()
    defer manager.lock.Unlock()
    cookie, err := r.Cookie(manager.cookieName)
    if err != nil || cookie.Value == "" {
        sid := manager.sessionId()
        session, _ = manager.provider.SessionInit(sid)
        cookie := http.Cookie{Name: manager.cookieName, Value: url.QueryEscape(sid), Path: "/", HttpOnly: true, MaxAge: int(manager.maxLifeTime)}
        http.SetCookie(w, &cookie)
    } else {
        sid, _ := url.QueryUnescape(cookie.Value)
        session, _ = manager.provider.SessionRead(sid)
    }
    return
}

我们用前面 login 操作来演示 session 的运用：


func login(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    sess := globalSessions.SessionStart(w, r)
    r.ParseForm()
    if r.Method == "GET" {
        t, _ := template.ParseFiles("login.gtpl")
        w.Header().Set("Content-Type", "text/html")
        t.Execute(w, sess.Get("username"))
    } else {
        sess.Set("username", r.Form["username"])
        http.Redirect(w, r, "/", 302)
    }
}

操作值：设置、读取和删除#

SessionStart 函数返回的是一个满足 Session 接口的变量，那么我们该如何用他来对 session 数据进行操作呢？

上面的例子中的代码 session.Get("uid") 已经展示了基本的读取数据的操作，现在我们再来看一下详细的操作:


func count(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    sess := globalSessions.SessionStart(w, r)
    createtime := sess.Get("createtime")
    if createtime == nil {
        sess.Set("createtime", time.Now().Unix())
    } else if (createtime.(int64) + 360) < (time.Now().Unix()) {
        globalSessions.SessionDestroy(w, r)
        sess = globalSessions.SessionStart(w, r)
    }
    ct := sess.Get("countnum")
    if ct == nil {
        sess.Set("countnum", 1)
    } else {
        sess.Set("countnum", (ct.(int) + 1))
    }
    t, _ := template.ParseFiles("count.gtpl")
    w.Header().Set("Content-Type", "text/html")
    t.Execute(w, sess.Get("countnum"))
}

通过上面的例子可以看到，Session 的操作和操作 key/value 数据库类似: Set、Get、Delete 等操作

因为 Session 有过期的概念，所以我们定义了 GC 操作，当访问过期时间满足 GC 的触发条件后将会引起 GC，但是当我们进行了任意一个 session 操作，都会对 Session 实体进行更新，都会触发对最后访问时间的修改，这样当 GC 的时候就不会误删除还在使用的 Session 实体。

session 重置#

我们知道，Web 应用中有用户退出这个操作，那么当用户退出应用的时候，我们需要对该用户的 session 数据进行销毁操作，上面的代码已经演示了如何使用 session 重置操作，下面这个函数就是实现了这个功能：


// Destroy sessionid
func (manager *Manager) SessionDestroy(w http.ResponseWriter, r *http.Request){
    cookie, err := r.Cookie(manager.cookieName)
    if err != nil || cookie.Value == "" {
        return
    } else {
        manager.lock.Lock()
        defer manager.lock.Unlock()
        manager.provider.SessionDestroy(cookie.Value)
        expiration := time.Now()
        cookie := http.Cookie{Name: manager.cookieName, Path: "/", HttpOnly: true, Expires: expiration, MaxAge: -1}
        http.SetCookie(w, &cookie)
    }
}

session 销毁#

我们来看一下 Session 管理器如何来管理销毁，只要我们在 Main 启动的时候启动：


func init() {
    go globalSessions.GC()
}


func (manager *Manager) GC() {
    manager.lock.Lock()
    defer manager.lock.Unlock()
    manager.provider.SessionGC(manager.maxLifeTime)
    time.AfterFunc(time.Duration(manager.maxLifeTime), func() { manager.GC() })
}

我们可以看到 GC 充分利用了 time 包中的定时器功能，当超时 maxLifeTime 之后调用 GC 函数，这样就可以保证 maxLifeTime 时间内的 session 都是可用的，类似的方案也可以用于统计在线用户数之类的。

总结#

至此，我们实现了一个用来在 Web 应用中全局管理 Session 的 SessionManager，定义了用来提供 Session 存储实现 Provider 的接口，下一小节，我们将会通过接口定义来实现一些 Provider, 供大家参考学习。

本文章首发在 LearnKu.com 网站上。

06.2. Go 如何使用 session

session 创建过程#

Go 实现 session 管理#

session 管理设计#

Session 管理器#

全局唯一的 Session ID#

session 创建#

操作值：设置、读取和删除#

session 重置#

session 销毁#

总结#

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