基于Redis 的分布式 session 图解

Redis 分布式 Session 工作原理

1. 传统 Session 的问题

在传统单服务器环境中，HTTP Session 存储在应用服务器的内存中。这在分布式系统中会导致问题：

• 用户的请求可能被分发到不同服务器，导致会话不一致
• 服务器宕机会导致会话丢失
• 需要依赖负载均衡器的会话粘性(sticky session)机制，限制了系统的伸缩性

2. Spring Session + Redis 解决方案

当配置了Spring Session + Redis后，系统会：

1. 拦截请求处理流程：

   • Spring Session 使用一个过滤器(SpringSessionRepositoryFilter)拦截所有HTTP请求
   • 这个过滤器由DelegatingFilterProxy代理，在Spring Boot应用中自动配置

2. 替换原生Session实现：

   • 过滤器会将容器原生的HttpSession实现替换为Spring自定义的实现
   • 所有对HttpSession的操作实际上都被Spring Session接管

3. Session数据外部化：

   • 所有会话数据存储在Redis中，而非应用服务器内存
   • 客户端仍然通过Cookie接收会话ID
   • 服务器使用该ID从Redis中检索完整的会话数据

3. Redis 存储格式

Redis中的几个关键数据结构：

• Strings类型：spring:session:sessions:expires:{sessionId} - 用于跟踪会话过期
• Hash表类型：spring:session:sessions:{sessionId} - 存储实际的会话数据
• Sets类型：spring:session:expirations:{timestamp} - 用于管理会话的过期机制

4. 请求处理流程

1. 请求到达：

   • 客户端发送请求，包含sessionID的Cookie
   • Spring Session过滤器拦截请求

2. 会话检索：

   • 从Cookie中提取sessionID
   • 使用该ID从Redis查询会话数据
   • 创建包含该数据的会话对象

3. 请求处理：

   • 应用程序使用该会话对象，仿佛它是标准的HttpSession
   • 对会话的任何修改都被跟踪

4. 请求完成：

   • 如果会话数据被修改，更新存储在Redis中的数据
   • 如有必要，更新过期时间

5. 技术亮点

• 无侵入性：应用代码不需要任何改变，正常使用HttpSession接口
• 无需会话粘性：负载均衡器不再需要配置sticky session
• 弹性伸缩：服务器可以随时添加或移除，不影响用户会话
• 容错性：单个服务器故障不会导致用户会话丢失
• 集中管理：会话数据集中存储，便于监控和管理

这种设计使得Spring应用可以在分布式环境中无缝扩展，同时保持用户会话的连续性和一致性，是微服务架构中解决用户状态管理的优雅方案。

1. 客户端先 带着 HTTP 请求到 负载均衡器
2. 负载均衡器 转发请求到应用服务器
3. 被SpringSessionFiliter 拦截
4. 从 Cookie 中提取 SessionID

   • 如果 该sessionID 存在，通过 该sessionID 从 SessionRespository 获取会话， SessionRespository 查询 Redis 中的 会话数量，RedisOperations 给Redis 服务器发送了 GET spring:session:sessions:{sessionId}。Redis 给 RedisOperations 返回数据。最终在 SessionRespository 构建请求对象给 SpringSessionFiliter。

   • 如果 该sessionID 不存在或者过期，那么 SpringSessionFiliter 给 SessionRepository 创建新的会话。sessionRepository 在 Redis 中创建新会话，

     • Strings类型：spring:session:sessions:expires:{sessionId} - 用于跟踪会话过期
     • Hash表类型：spring:session:sessions:{sessionId} - 存储实际的会话数据
     • Sets类型：spring:session:expirations:{timestamp} - 用于管理会话的过期机制

     创建完成后，返回 新的session 对象给 SpringSessionFiliter 。

业务处理中可能发生修改 会话数量，如果有 SpringSessionFiliter 调用 SessionRepository 保存会话的变更，更新Redis 中的会话数量， HMSET 更新 会话数量，重置过期时间。

Mermind 绘图代码：

sequenceDiagramparticipant C as 客户端participant LB as 负载均衡器participant F as SpringSessionFilterparticipant S as SessionRepositoryparticipant R as RedisOperationsparticipant RD as Redis服务器C->>LB: 1. HTTP请求(带SessionID Cookie)LB->>F: 2. 转发请求到应用服务器F->>F: 3. 拦截请求F->>F: 4. 从Cookie中提取SessionIDalt 存在SessionIDF->>S: 5a. 通过SessionID获取会话S->>R: 6a. 查询Redis中的会话数据R->>RD: 7a. GET spring:session:sessions:{sessionId}RD-->>R: 8a. 返回会话数据R-->>S: 9a. 返回会话数据S-->>F: 10a. 构建Session对象else 不存在SessionID或会话已过期F->>S: 5b. 创建新会话S->>R: 6b. 在Redis中创建新会话R->>RD: 7b. HMSET spring:session:sessions:{newId}R->>RD: 8b. SET spring:session:sessions:expires:{newId}R->>RD: 9b. SADD spring:session:expirations:{expireTime}RD-->>R: 10b. 确认创建成功R-->>S: 11b. 返回新会话IDS-->>F: 12b. 返回新Session对象endF->>+S: 13. 包装为SessionRepositoryRequestWrapperS->>-F: 14. 返回包装后的请求对象F->>F: 15. 继续请求处理链Note over F,S: 业务逻辑处理期间可能会修改会话数据F->>S: 16. 保存会话变更(如有)S->>R: 17. 更新Redis中的会话数据R->>RD: 18. HMSET 更新会话数据R->>RD: 19. 重置过期时间F->>LB: 20. 返回HTTP响应LB->>C: 21. 转发响应