模仿J2EE的session机制的App后端会话信息管理

此文章只将思想，不提供具体完整实现（博主太懒，懒得整理），有疑问或想了解的可以私信或评论

背景

　　在传统的java web 中小型项目中，一般使用session暂存会话信息，比如登录者的身份信息等。此机制是借用http的cookie机制实现，但是对于app来说每次请求都保存并共享cookie信息比较麻烦，并且传统的session对集群并不友好，所以一般app后端服务都使用token来区分用户登录信息。

　　j2ee的session机制大家都很了解，使用非常方便，在传统java web应用中很好用，但是在互联网项目中或用得到集群的一些项目就有些问题，比如序列化问题，同步的延时问题等等，所以我们需要一个使用起来类似session的却能解决得了集群等问题的一个工具。

方案

　　我们使用cache机制来解决这个问题，比较流行的redis是个nosql内存数据库，而且带有cache的失效机制，很适合做会话数据的存储。而token字符串需要在第一次请求时服务器返回给客户端，客户端以后每次请求都使用这个token标识身份。为了对业务开发透明，我们把app的请求和响应做的报文封装，只需要对客户端的http请求工具类做点手脚，对服务端的mvc框架做点手脚就可以了，客户端的http工具类修改很简单，主要是服务端的协议封装。

实现思路

　　一、制定请求响应报文协议。

　　二、解析协议处理token字符串。

　　三、使用redis存储管理token以及对应的会话信息。

　　四、提供保存、获取会话信息的API。

　　我们逐步讲解下每一步的实现方案。

一、制定请求响应报文协议。

　　既然要封装报文协议，就需要考虑什么是公共字段，什么是业务字段，报文的数据结构等。

　　请求的公共字段一般有token、版本、平台、机型、imei、app来源等，其中token是我们这次的主角。

　　响应的公共字段一般有token、结果状态(success,fail)、结果码(code)、结果信息等。

　　报文数据结构，我们选用json，原因是json普遍、可视化好、字节占用低。

请求报文如下，body中存放业务信息，比如登录的用户名和密码等。

{
    "token": "客户端token",
    /**客户端构建版本号*/
    "version": 11,
    /**客户端平台类型*/
    "platform": "IOS",
    /**客户端设备型号*/
    "machineModel": "Iphone 6s",
    "imei": "客户端串号(手机)",
    /**真正的消息体，应为map*/
    "body": {
        "key1": "value1",
        "key2": {
            "key21": "value21"
        },
        "key3": [
            1,
            2
        ]
    }
}

响应的报文

 {
        /**是否成功*/
        "success": false,
        /**每个请求都会返回token，客户端每次请求都应使用最新的token*/
        "token": "服务器为当前请求选择的token",
        /**失败码*/
        "failCode": 1,
        /**业务消息或者失败消息*/
        "msg": "未知原因",
        /**返回的真实业务数据，可为任意可序列化的对象*/
        "body": null
    }
}

二、解析协议处理token字符串。

　　服务端的mvc框架我们选用的是SpringMVC框架，SpringMVC也比较普遍，不做描述。

　　暂且不提token的处理，先解决制定报文后怎么做参数传递。

　　因为请求信息被做了封装，所以要让springmvc框架能正确注入我们在Controller需要的参数，就需要对报文做解析和转换。

　　要对请求信息做解析，我们需要自定义springmvc的参数转换器，通过实现HandlerMethodArgumentResolver接口可以定义一个参数转换器

　　RequestBodyResolver实现resolveArgument方法，对参数进行注入，以下代码为示例代码，切勿拿来直用。

        @Override
    public Object resolveArgument(MethodParameter parameter,
            ModelAndViewContainer mavContainer, NativeWebRequest webRequest,
            WebDataBinderFactory binderFactory) throws Exception {
        String requestBodyStr = webRequest.getParameter(requestBodyParamName);//获取请求报文，可以使用任意方式传递报文，只要在这获取到就可以
        if(StringUtils.isNotBlank(requestBodyStr)){
            String paramName = parameter.getParameterName();//获取Controller中参数名
            Class<?> paramClass = parameter.getParameterType();//获取Controller中参数类型
            /* 通过json工具类解析报文 */
            JsonNode jsonNode = objectMapper.readTree(requestBodyStr);
            if(paramClass.equals(ServiceRequest.class)){//ServiceRequest为请求报文对应的VO
                ServiceRequest serviceRequest = objectMapper.readValue(jsonNode.traverse(),ServiceRequest.class);
                return serviceRequest;//返回这个object就是注入到参数中了，一定要对应类型，否则异常不容易捕获
            }
            if(jsonNode!=null){//从报文中查找Controller中需要的参数
                JsonNode paramJsonNode = jsonNode.findValue(paramName);
                if(paramJsonNode!=null){
                    return objectMapper.readValue(paramJsonNode.traverse(), paramClass);
                }
                
            }
        }
        return null;
    }

　　将自己定义的参数转换器配置到SrpingMVC的配置文件中<mvc:argument-resolvers>

<mvc:argument-resolvers>
    <!-- 统一的请求信息处理，从ServiceRequest中取数据 -->
          <bean id="requestBodyResolver" class="com.niuxz.resolver.RequestBodyResolver">
              <property name="objectMapper"><bean class="com.shoujinwang.utils.json.ObjectMapper"></bean></property>
              <!-- 配置请求中ServiceRequest对应的字段名，默认为requestBody -->
              <property name="requestBodyParamName"><value>requestBody</value></property>
          </bean>
</mvc:argument-resolvers>

　　这样就可以使报文中的参数能被springmvc正确识别了。

　　接下来我们要对token做处理了，我们需要添加一个SrpingMVC拦截器将每次请求都拦截下来，这属于常用功能，不做细节描述

Matcher m1 =Pattern.compile("\"token\":\"(.*?)\"").matcher(requestBodyStr);
   
if(m1.find()){
    token = m1.group(1);
}
tokenMapPool.verifyToken(token);//对token做公共处理，验证

　　这样就简单的获取到了token了，可以做公共处理了。

三、使用redis存储管理token以及对应的会话信息。

　　其实就是写一个redis的操作工具类，因为使用了spring作为项目主框架，而且我们用到redis的功能并不多，所以直接使用spring提供的CacheManager功能

　　配置org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheManager

<!-- 缓存管理器  全局变量等可以用它存取-->
<bean id="cacheManager" class="org.springframework.data.redis.cache.RedisCacheManager">
    <constructor-arg>
        <ref bean="redisTemplate"/>
    </constructor-arg>
    <property name="usePrefix" value="true" />
    <property name="cachePrefix">
        <bean class="org.springframework.data.redis.cache.DefaultRedisCachePrefix">
            <constructor-arg name="delimiter" value=":@WebServiceInterface"/>
        </bean>
    </property>
    <property name="expires"><!-- 缓存有效期 -->
        <map>
            <entry>
                <key><value>tokenPoolCache</value></key><!-- tokenPool缓存名 -->
                <value>2592000</value><!-- 有效时间 -->
            </entry>
        </map>
    </property>
</bean>

四、提供保存、获取会话信息的API。

　　通过以上前戏我们已经把token处理的差不多了，接下来我们要实现token管理工作了

　　我们需要让业务开发方便的保存获取会话信息，还要使token是透明的。

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;
import org.springframework.cache.Cache;
import org.springframework.cache.Cache.ValueWrapper;
import org.springframework.cache.CacheManager;

/**
 * 
 *  类           名:    TokenMapPoolBean
 *  描           述:    token以及相关信息调用处理类
 *  修 改 记 录:    
 *  @version    V1.0
 *  @date    2016年4月22日
 *  @author    NiuXZ
 *
 */
public class TokenMapPoolBean {
    
    
    private static final Log log = LogFactory.getLog(TokenMapPoolBean.class);
    
    /** 当前请求对应的token*/
    private ThreadLocal<String> currentToken;
    
    private CacheManager cacheManager;
    
    private String cacheName;
    
    private TokenGenerator tokenGenerator;
    
    public TokenMapPoolBean(CacheManager cacheManager, String cacheName, TokenGenerator tokenGenerator) {
        this.cacheManager = cacheManager;
        this.cacheName = cacheName;
        this.tokenGenerator = tokenGenerator;
        currentToken = new ThreadLocal<String>();
    }
    
    /**
     * 如果token合法就返回token，不合法就创建一个新的token并返回,
     * 将token放入ThreadLocal中 并初始化一个tokenMap
     * @param token
     * @return token
     */
    public String verifyToken(String token) {
        //        log.info("校验Token:\""+token+"\"");
        String verifyedToken = null;
        if (tokenGenerator.checkTokenFormat(token)) {
            //            log.info("校验Token成功:\""+token+"\"");
            verifyedToken = token;
        }
        else {
            verifyedToken = newToken();
        }
        currentToken.set(verifyedToken);
        Cache cache = cacheManager.getCache(cacheName);
        if (cache == null) {
            throw new RuntimeException("获取不到存放token的缓存池,chacheName:" + cacheName);
        }
        ValueWrapper value = cache.get(verifyedToken);
        //token对应的值为空，就创建一个新的tokenMap放入缓存中
        if (value == null || value.get() == null) {
            verifyedToken = newToken();
            currentToken.set(verifyedToken);
            Map<String, Object> tokenMap = new HashMap<String, Object>();
            cache.put(verifyedToken, tokenMap);
        }
        return verifyedToken;
    }
    
    /**
     * 生成新的token
     * @return token
     */
    private String newToken() {
        Cache cache = cacheManager.getCache(cacheName);
        if (cache == null) {
            throw new RuntimeException("获取不到存放token的缓存池,chacheName:" + cacheName);
        }
        String newToken = null;
        int count = 0;
        do {
            count++;
            newToken = tokenGenerator.generatorToken();
        }
        while (cache.get(newToken) != null);
        //        log.info("创建Token成功:\""+newToken+"\" 尝试生成:"+count+"次");
        return newToken;
    }
    
    /**
     * 获取当前请求的tokenMap中对应key的对象
     * @param key
     * @return 当前请求的tokenMap中对应key的属性，模拟session
     */
    public Object getAttribute(String key) {
        Cache cache = cacheManager.getCache(cacheName);
        if (cache == null) {
            throw new RuntimeException("获取不到存放token的缓存池,chacheName:" + cacheName);
        }
        ValueWrapper tokenMapWrapper = cache.get(currentToken.get());
        Map<String, Object> tokenMap = null;
        if (tokenMapWrapper != null) {
            tokenMap = (Map<String, Object>) tokenMapWrapper.get();
        }
        if (tokenMap == null) {
            verifyToken(currentToken.get());
            tokenMapWrapper = cache.get(currentToken.get());
            tokenMap = (Map<String, Object>) tokenMapWrapper.get();
        }
        return tokenMap.get(key);
    }
    
    /**
     * 设置到当前请求的tokenMap中，模拟session<br>
     * TODO:此种方式设置attribute有问题：<br>
     * 1、可能在同一token并发的情况下执行cache.put(currentToken.get(),tokenMap);时，<br>
     *     tokenMap可能不是最新，会导致丢失数据。<br>
     * 2、每次都put整个tokenMap，数据量太大，需要优化<br>
     * @param key value
     */
    public void setAttribute(String key, Object value) {
        Cache cache = cacheManager.getCache(cacheName);
        if (cache == null) {
            throw new RuntimeException("获取不到存放token的缓存池,chacheName:" + cacheName);
        }
        ValueWrapper tokenMapWrapper = cache.get(currentToken.get());
        Map<String, Object> tokenMap = null;
        if (tokenMapWrapper != null) {
            tokenMap = (Map<String, Object>) tokenMapWrapper.get();
        }
        if (tokenMap == null) {
            verifyToken(currentToken.get());
            tokenMapWrapper = cache.get(currentToken.get());
            tokenMap = (Map<String, Object>) tokenMapWrapper.get();
        }
        log.info("TokenMap.put(key=" + key + ",value=" + value + ")");
        tokenMap.put(key, value);
        cache.put(currentToken.get(), tokenMap);
    }
    
    /** 
     * 获取当前线程绑定的用户token
     * @return token
     */
    public String getToken() {
        if (currentToken.get() == null) {
            //初始化一次token
            verifyToken(null);
        }
        return currentToken.get();
    }
    
    /**
     * 删除token以及tokenMap
     * @param token
     */
    public void removeTokenMap(String token) {
        if (token == null) {
            return;
        }
        Cache cache = cacheManager.getCache(cacheName);
        if (cache == null) {
            throw new RuntimeException("获取不到存放token的缓存池,chacheName:" + cacheName);
        }
        log.info("删除Token:token=" + token);
        cache.evict(token);
    }
    
    public CacheManager getCacheManager() {
        return cacheManager;
    }
    
    public void setCacheManager(CacheManager cacheManager) {
        this.cacheManager = cacheManager;
    }
    
    public String getCacheName() {
        return cacheName;
    }
    
    public void setCacheName(String cacheName) {
        this.cacheName = cacheName;
    }
    
    public TokenGenerator getTokenGenerator() {
        return tokenGenerator;
    }
    
    public void setTokenGenerator(TokenGenerator tokenGenerator) {
        this.tokenGenerator = tokenGenerator;
    }
    
    public void clear() {
        currentToken.remove();
    }
    
}

　　这里用到了ThreadLocal变量是因为servlet容器一个请求对应一个线程，在一个请求的生命周期内都是处于同一个线程中，而同时又有多个线程共享token管理器，所以需要这个线程本地变量来保存token字符串。

注意事项：1、verifyToken方法的调用，一定要在每次请求最开始调用。并且在请求结束后调用clear做清除，以免下次有未知异常导致verifyToken未被执行，却在返回时从ThreadLocal里取出token返回。（这个bug困扰我好几天，公司n个开发检查代码也没找到，最后我经过测试发现是在发生404的时候没有进入拦截器，所以就没有调用verifyToken方法，导致返回的异常信息中的token为上一次请求的token，导致诡异的串号问题。嗯，记我一大锅）。

　　2、客户端一定要在封装http工具的时候把每次token保存下来，并用于下一次请求。公司ios开发请的外包，但是外包没按要求做，在未登录时，不保存token，每次传递的都是null，导致每次请求都会创建一个token，服务器创建了大量的无用token。

使用

　　使用方式也很简单，以下是封装的登录管理器，可以参考一下token管理器对于登陆管理器的应用

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;
import org.springframework.cache.Cache;
import org.springframework.cache.Cache.ValueWrapper;
import org.springframework.cache.CacheManager;

import com.niuxz.base.Constants;

/**
 * 
 *  类           名:    LoginManager
 *  描           述:    登录管理器
 *  修 改 记 录:    
 *  @version    V1.0
 *  @date    2016年7月19日
 *  @author    NiuXZ
 *
 */
public class LoginManager {
    
    
    private static final Log log = LogFactory.getLog(LoginManager.class);
    
    private CacheManager cacheManager;
    
    private String cacheName;
    
    private TokenMapPoolBean tokenMapPool;
    
    public LoginManager(CacheManager cacheManager, String cacheName, TokenMapPoolBean tokenMapPool) {
        this.cacheManager = cacheManager;
        this.cacheName = cacheName;
        this.tokenMapPool = tokenMapPool;
    }
    public void login(String userId) {
        log.info("用户登录:userId=" + userId);
        Cache cache = cacheManager.getCache(cacheName);
        ValueWrapper valueWrapper = cache.get(userId);
        String token = (String) (valueWrapper == null ? null : valueWrapper.get());
        tokenMapPool.removeTokenMap(token);//退出之前登录记录
        tokenMapPool.setAttribute(Constants.LOGGED_USER_ID, userId);
        cache.put(userId, tokenMapPool.getToken());
    }
    
    public void logoutCurrent(String phoneTel) {
        String curUserId = getCurrentUserId();
        log.info("用户退出:userId=" + curUserId);
        tokenMapPool.removeTokenMap(tokenMapPool.getToken());//退出登录
        if (curUserId != null) {
            Cache cache = cacheManager.getCache(cacheName);
            cache.evict(curUserId);
            cache.evict(phoneTel);
        }
    }
    
    /**
     * 获取当前用户的id
     * @return
     */
    public String getCurrentUserId() {
        return (String) tokenMapPool.getAttribute(Constants.LOGGED_USER_ID);
    }
    
    public CacheManager getCacheManager() {
        return cacheManager;
    }
    
    public String getCacheName() {
        return cacheName;
    }
    
    public TokenMapPoolBean getTokenMapPool() {
        return tokenMapPool;
    }
    
    public void setCacheManager(CacheManager cacheManager) {
        this.cacheManager = cacheManager;
    }
    
    public void setCacheName(String cacheName) {
        this.cacheName = cacheName;
    }
    
    public void setTokenMapPool(TokenMapPoolBean tokenMapPool) {
        this.tokenMapPool = tokenMapPool;
    }
    
}

　　下面是一段常见的发送短信验证码接口，有的应用也是用session存储验证码，我不建议用这种方式，存session弊端相当大。大家看看就好，不是我写的

public void sendValiCodeByPhoneNum(String phoneNum, String hintMsg, String logSuffix) {
        validatePhoneTimeSpace();
        // 获取6位随机数
        String code = CodeUtil.getValidateCode();
        log.info(code + "------->" + phoneNum);
        // 调用短信验证码下发接口
        RetStatus retStatus = msgSendUtils.sendSms(code + hintMsg, phoneNum);
        if (!retStatus.getIsOk()) {
            log.info(retStatus.toString());
            throw new ThrowsToDataException(ServiceResponseCode.FAIL_INVALID_PARAMS, "手机验证码获取失败,请稍后再试");
        }
        // 重置session
        tokenMapPool.setAttribute(Constants.VALIDATE_PHONE, phoneNum);
        tokenMapPool.setAttribute(Constants.VALIDATE_PHONE_CODE, code.toString());
        tokenMapPool.setAttribute(Constants.SEND_CODE_WRONGNU, 0);
        tokenMapPool.setAttribute(Constants.SEND_CODE_TIME, new Date().getTime());
        log.info(logSuffix + phoneNum + "短信验证码:" + code);
    }

处理响应

　　有的同学会问了那么响应的报文封装呢？

@RequestMapping("record")
@ResponseBody
public ServiceResponse record(String message){
    String userId = loginManager.getCurrentUserId(); 
    messageBoardService.recordMessage(userId, message);
    return ServiceResponseBuilder.buildSuccess(null);
}

　　其中ServiceResponse是封装的响应报文VO，我们直接使用springmvc的@ResponseBody注解就好了。关键在于这个builder。

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;

import com.niuxz.base.pojo.ServiceResponse;
import com.niuxz.utils.spring.SpringContextUtil;
import com.niuxz.web.server.token.TokenMapPoolBean;

/**
 * 
 * 类 名: ServiceResponseBuilder
 * 
 * @version V1.0
 * @date 2016年4月25日
 * @author NiuXZ
 *
 */
public class ServiceResponseBuilder {

    /**
     * 构建一个成功的响应信息
     * 
     * @param body
     * @return 一个操作成功的 ServiceResponse
     */
    public static ServiceResponse buildSuccess(Object body) {
        return new ServiceResponse(
                ((TokenMapPoolBean) SpringContextUtil.getBean("tokenMapPool"))
                        .getToken(),
                "操作成功", body);
    }

    /**
     * 构建一个成功的响应信息
     * 
     * @param body
     * @return 一个操作成功的 ServiceResponse
     */
    public static ServiceResponse buildSuccess(String token, Object body) {
        return new ServiceResponse(token, "操作成功", body);
    }

    /**
     * 构建一个失败的响应信息
     * 
     * @param failCode
     *            msg
     * @return 一个操作失败的 ServiceResponse
     */
    public static ServiceResponse buildFail(int failCode, String msg) {
        return buildFail(failCode, msg, null);
    }

    /**
     * 构建一个失败的响应信息
     * 
     * @param failCode
     *            msg body
     * @return 一个操作失败的 ServiceResponse
     */
    public static ServiceResponse buildFail(int failCode, String msg,
            Object body) {
        return new ServiceResponse(
                ((TokenMapPoolBean) SpringContextUtil.getBean("tokenMapPool"))
                        .getToken(),
                failCode, StringUtils.isNotBlank(msg) ? msg : "操作失败", body);
    }
}

　　由于使用的是静态工具类的形式，不能通过spring注入tokenMapPool（token管理器）对象，则通过spring提供的api获取。然后构建响应信息的时候直接调用tokenMapPool的getToken()方法，此方法会返回当前线程绑定的token字符串。再次强调在请求结束后一定要手动调用clear（我通过全局拦截器调用）。

模仿J2EE的session机制的App后端会话信息管理

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