go Session的实现（一）

〇、前言

众所周知，http协议是无状态的，这对于服务器确认是哪一个客户端在发请求是不可能的，因此为了能确认到，通常方法是让客户端发送请求时带上身份信息。容易想到的方法就是客户端在提交信息时，带上自己的账户和密码。但是这样存在着严重的安全问题，可以改进的方法就是，服务器给一个确定的客户端返回一个唯一 id，客户端将这个 id 保存在本地，每次发送请求时只需要携带着这个 id，就可以做到较好的验证（当然也存在着安全问题，这个后面再说）。

这个方法就是 现今很成熟的 session、cookie 技术。session和cookie的目的相同，都是为了克服http协议无状态的缺陷，但完成的方法不同。session通过cookie，在客户端保存session id，而将用户的其他会话消息保存在服务端的session对象中。与此相对的，cookie需要将所有信息都保存在客户端。因此cookie存在着一定的安全隐患，例如本地cookie中保存的用户名密码被破译，或cookie被其他网站收集。

本文将尝试着实现一个成熟的 go session，从而实现会话保持。
思维导图如下：

一、架构设计

0、思维导图

1、管理器

type Manager struct {cookieName  stringlock        sync.Mutexprovider    ProvidermaxLifeTime int64
}

其中 Provider 是一个接口：

// Provider 接口
type Provider interface {SessionInit(sid string) (Session, error) // SessionInit函数实现Session的初始化，操作成功则返回此新的Session变量SessionRead(sid string) (Session, error) // 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(sid string) error         // SessionDestroy函数用来销毁sid对应的Session变量SessionGC(maxLifeTime int64)             // SessionGC根据maxLifeTime来删除过期的数据
}

这里又定义了一个Provider 结构体，它实现了 Provider 接口：

// Provider 实现接口 Providerfunc (pder *Provider) SessionInit(sid string) (session.Session, error) {// 根据 sid 创建一个 SessionStorepder.lock.Lock()defer pder.lock.Unlock()v := make(map[interface{}]interface{})// 同时更新两个字段newsess := &SessionStore{sid: sid, timeAccessed: time.Now(), value: v}// list 用于GCelement := pder.list.PushBack(newsess)// 存放 kvpder.sessions[sid] = elementreturn newsess, nil
}func (pder *Provider) SessionRead(sid string) (session.Session, error) {if element, ok := pder.sessions[sid]; ok {return element.Value.(*SessionStore), nil} else {sess, err := pder.SessionInit(sid)return sess, err}
}// 服务端 session 销毁func (pder *Provider) SessionDestroy(sid string) error {if element, ok := pder.sessions[sid]; ok {delete(pder.sessions, sid)pder.list.Remove(element)return nil}return nil
}// 回收过期的 cookiefunc (pder *Provider) SessionGC(maxlifetime int64) {pder.lock.Lock()defer pder.lock.Unlock()for {element := pder.list.Back()if element == nil {break}if (element.Value.(*SessionStore).timeAccessed.Unix() + maxlifetime) < time.Now().Unix() {// 更新两者的值// 垃圾回收pder.list.Remove(element)// 删除 map 中的kvdelete(pder.sessions, element.Value.(*SessionStore).sid)} else {break}}
}func (pder *Provider) SessionUpdate(sid string) error {pder.lock.Lock()defer pder.lock.Unlock()if element, ok := pder.sessions[sid]; ok {// 这里更新也就更新了个时间,这意味着 session 的生命得到了延长element.Value.(*SessionStore).timeAccessed = time.Now()pder.list.MoveToFront(element)return nil}return nil
}

管理器 Manager 实现的方法：

// 创建 Sessionfunc (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 == "" {// 查看是否为当前客户端注册过名为 gosessionid 的 cookie,如果没有注册过,就为客户端创建一个该 cookie// 创建 sessionIDsid := manager.sessionID()// 创建一个 session 接口,这其实是一个 创建完成的 SessionStore ,SessionStore 实现了该接口session, _ = manager.provider.SessionInit(sid)// 创建 cookiecookie := 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
}// Session 重置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()err := manager.provider.SessionDestroy(cookie.Value)if err != nil {return}expiration := time.Now()cookie := http.Cookie{Name: manager.cookieName, Path: "/", HttpOnly: true, Expires: expiration, MaxAge: -1}http.SetCookie(w, &cookie)}
}// Session 回收func (manager *Manager) GC() {manager.lock.Lock()defer manager.lock.Unlock()manager.provider.SessionGC(manager.maxLifeTime)// 每 20秒触发一次time.AfterFunc(time.Second*20, func() { manager.GC() })
}

2、sessions存放

在 Provider 结构体中：

sessions map[string]*list.Element // 存放 sessionStores
list     *list.List               // 用来做gc

sessions 中存放不同客户端的 session，而 list 中也会同时刷新，它用来回收过期的 session。
每一个session用 SessionStore 结构体来存储。

Session 接口：

// Session 接口
type Session interface {Set(key, value interface{}) error // 设置 session 的值Get(key interface{}) interface{}  // 获取 session 的值Delete(key interface{}) error     // 删除 session 的值SessionID() string                // 返回当前 session 的 ID
}

这个接口，由 SessionStore 实现：

// SessionStore 结构体type SessionStore struct {sid          string                      // session id唯一标识timeAccessed time.Time                   // 最后访问时间value        map[interface{}]interface{} // 值
}

// SessionStore 实现 Session 接口func (st *SessionStore) Set(key, value interface{}) error {st.value[key] = valueerr := pder.SessionUpdate(st.sid)if err != nil {return err}return nil
}func (st *SessionStore) Get(key interface{}) interface{} {err := pder.SessionUpdate(st.sid)if err != nil {return nil}if v, ok := st.value[key]; ok {return v} else {return nil}
}func (st *SessionStore) Delete(key interface{}) error {delete(st.value, key)err := pder.SessionUpdate(st.sid)if err != nil {return err}return nil
}func (st *SessionStore) SessionID() string {return st.sid
}

二、实现细节

1、provider 注册表

// provider 注册表
var provides = make(map[string]Provider)

任何一个 Maneger 在创建之前，都需要在 provider 注册表中注册。因此在创建一个全局注册表pder，并注册，这应该是 init 的：

// 创建全局 pder
var pder = &Provider{list: list.New()}
func init() {pder.sessions = make(map[string]*list.Element)session.Register("memory", pder)
}

注册器：

func Register(name string, provider Provider) {if provider == nil {panic("session: Register provide is nil")}if _, dup := provides[name]; dup {panic("session: Register called twice for provide " + name)}provides[name] = provider
}

2、全局管理器

var globalSessions *session.Manager
func init() {globalSessions, _ = session.NewManager("memory", "gosessionid", 3600)go globalSessions.GC()
}

这个管理器就是一个 cookie 管理器，它只对cookie名字为gosessionid的 cookie 负责。

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
}

3、案例演示

现在已经初始化好了，就等着客户端访问了。
现在我们写一个很简单的计数器，前端访问的时候，自动+1：

func count(c *gin.Context) {sess := globalSessions.SessionStart(c.Writer, c.Request)ct := sess.Get("countnum")if ct == nil {err := sess.Set("countnum", 1)if err != nil {return}} else {// 更新err := sess.Set("countnum", ct.(int)+1)if err != nil {return}}t, err := template.ParseFiles("template/count.html")if err != nil {fmt.Println(err)}c.Writer.Header().Set("Content-Type", "text/html")err = t.Execute(c.Writer, sess.Get("countnum"))if err != nil {return}
}

当中的count.html这样写：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en"><head><meta charset="UTF-8"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"><title>Count</title>
</head><body><h1>Hi. Now count:{{.}}</h1>
</body></html>

main.go这样写：

package mainimport (_ "Go_Web/memory""Go_Web/session""fmt""github.com/gin-gonic/gin""html/template""net/http"
)// 全局 sessions 管理器
var globalSessions *session.Manager// init 初始化func init() {globalSessions, _ = session.NewManager("memory", "gosessionid",20)go globalSessions.GC()
}func count(c *gin.Context) {sess := globalSessions.SessionStart(c.Writer, c.Request)ct := sess.Get("countnum")if ct == nil {err := sess.Set("countnum", 1)if err != nil {return}} else {// 更新err := sess.Set("countnum", ct.(int)+1)if err != nil {return}}t, err := template.ParseFiles("template/count.html")if err != nil {fmt.Println(err)}c.Writer.Header().Set("Content-Type", "text/html")err = t.Execute(c.Writer, sess.Get("countnum"))if err != nil {return}
}func main() {r := gin.Default()r.GET("/count", count)err := r.Run(":9000")if err != nil {return}}

我们把 session 的过期时间设为 20 秒，这样可以 更快的看到过期效果。
现在把服务器启动，来看看整个过程。
编译运行之后，在浏览器访问 count:

看下 cookie:

可以继续点击，这个只要在 20 秒之内点击，cookie 就不回过期，因为每次发送请求都会更新 sessionStore:

err := sess.Set("countnum", ct.(int)+1)

// SessionStore 实现 Session 接口func (st *SessionStore) Set(key, value interface{}) error {st.value[key] = valueerr := pder.SessionUpdate(st.sid)if err != nil {return err}return nil
}

func (pder *Provider) SessionUpdate(sid string) error {pder.lock.Lock()defer pder.lock.Unlock()if element, ok := pder.sessions[sid]; ok {// 这里更新也就更新了个时间,这意味着 session 的生命得到了延长element.Value.(*SessionStore).timeAccessed = time.Now()pder.list.MoveToFront(element)return nil}return nil
}

不要点击等 20 秒等它过期，再点一下：

可以看到已经过期了，再查看下 cookie：

可以看到 sessionId 并没有变，这是因为就算本地 cookie过期，当发送请求时，服务器依然会拿到这个 cookie。
session 过期的时候，服务器会执行：

// 回收过期的 cookiefunc (pder *Provider) SessionGC(maxlifetime int64) {pder.lock.Lock()defer pder.lock.Unlock()for {element := pder.list.Back()if element == nil {break}if (element.Value.(*SessionStore).timeAccessed.Unix() + maxlifetime) < time.Now().Unix() {// 更新两者的值// 垃圾回收pder.list.Remove(element)// 删除 map 中的kvdelete(pder.sessions, element.Value.(*SessionStore).sid)} else {break}}
}

这意味着，pder 中的list 和 sessions 中都不存在 键为countnum的sessionStore。但是依然会执行：

	sid, _ := url.QueryUnescape(cookie.Value)session, _ = manager.provider.SessionRead(sid)

SessionRead():

func (pder *Provider) SessionRead(sid string) (session.Session, error) {if element, ok := pder.sessions[sid]; ok {return element.Value.(*SessionStore), nil} else {sess, err := pder.SessionInit(sid)return sess, err}
}

执行SessionRead()的时候，由于 session 已经被删除，只能执行pder.SessionInit(sid)了，因此，服务器会创建一个和原来一样的 sessionId。之后count()自然就会执行err := sess.Set("countnum", 1)。

ct := sess.Get("countnum")if ct == nil {err := sess.Set("countnum", 1)if err != nil {return}} else {// 更新err := sess.Set("countnum", ct.(int)+1)if err != nil {return}}

至此，整个过程就完了。

二、session 劫持

session劫持是一种广泛存在的比较严重的安全威胁，在session技术中，客户端和服务端通过session的标识符来维护会话， 但这个标识符很容易就能被嗅探到，从而被其他人利用。它是中间人攻击的一种类型。

这个服务是靠着 sessionid维持的，所以一旦这个 sessionid 泄露，被另一个客户端获取，就可以冒名顶替干一些操作（把过期时间设置长一点）。
首先在 Chrome 中访问服务器的服务，点击到随便一个数字：

然后打开 cookie，复制：

再打开FireFox，随便找一个 cookie 管理器，创建一个 cookie：

保存，直接访问服务器count 服务：

可以看到已经实现了“冒名顶替”。

全文完，感谢阅读。