循序渐进写一个 Servlet (4) - 会话追踪

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Servlet（Server Applet），全称 Java Servlet，是用 Java 编写的服务器端程序。其主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态 Web 内容。本系列将一步步地写出一个 Servlet 程序。

这篇博文将演示如何使用 cookie 和 session 进行会话追踪。

HTTP 协议是一个无状态的协议，也就是说，在服务器眼中，每一个 HTTP 请求都是一个全新的请求，每个请求之间没有关联。所以我们需要一个可以管理请求中携带的用户信息的方法。而会话追踪就是一个可以管理用户信息的方法。

会话追踪可以通过下列几个方式实现：

  1. Cookie
  2. 表单隐藏域
  3. URL 改写
  4. HttpSession

本文将主要演示 Cookie 和 HttpSession 的用法。

Cookie

什么是 cookie

Cookie 是一串可以持久化于各个请求之间的信息片段。每个 cookie 都有一个名字，并有一个值，同时可以包含备注、路径、域名、过期时间、版本等附加信息。

Cookie 有两种：

  1. 非持久 cookie，这种 cookie 只在会话中存留，并且不具有过期时间属性，一旦用户关闭浏览器 (或者标签页)，也就是使这个会话失效，这个 cookie 就会丢失。
  2. 持久化 cookie，这种 cookie 可以被用于多个会话中，而且只会在到达过期时间，或者用户主动使该 cookie 失效后，才会被删除。

可以使用 HttpServletResponse#addCookie(Cookie) 方法在 HTTP 响应中携带 cookie。

保存 cookie

首先修改前文中的 doPost() 方法，将请求中的参数取出来，并存入 cookie。

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@Override
public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException {
    // 设定返回内容的MIME类型
    response.setContentType("text/html");

    // 设定内容以UTF-8编码
    response.setCharacterEncoding("utf-8");

    // 取出所有参数，得到一个Map
    Map parameterMap = request.getParameterMap();

    try (PrintWriter writer = response.getWriter()) {
        // 开始输出HTML文本
        writer.print("<html lang=\"en\">");
        writer.print("<body>");
        writer.print("<b>Response from DemoServlet</b>");
        writer.print("<br>");
        writer.print("<b>Handled by <code>doPost()</code></b>");
        writer.print("<br>");

        // 输出当前session的ID
        writer.print("<b>Session ID: " + request.getSession().getId() + "</b>");
        writer.print("<br>");

        // 遍历parameterMap
        parameterMap.forEach((k, v) -> {
            // 将参数以 key = value 形式输出
            writer.print(k + " = " + ((String[]) v)[0] + "<br>");

            // 将参数的key作为cookie的name，参数的value作为cookie的value
            response.addCookie(new Cookie(String.valueOf(k), ((String[]) v)[0]));
        });

        writer.print("</body>");
        writer.print("</html>");
    }
}

然后发送一个 POST 请求，在返回中可以看到请求中的参数已经被放到 cookie 中，并返回到了客户端。

POST request with cookie

使用 cookie

一旦 cookie 被保存到了客户端，那么在下次访问这个 cookie 所对应的地址时，客户端就会自动将相关的 cookie 带入请求一并发送到服务端。所以客户端不需要对 cookie 主动做任何操作。

修改前文中的 doGet() 方法，使其可以取出 cookie 的值，并输出到页面上。

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@Override
public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException {
    // 设定返回内容的MIME类型
    response.setContentType("text/html");

    // 设定内容以UTF-8编码
    response.setCharacterEncoding("utf-8");

    // 使用Optional类简化null判断
    Optional<String> optionalQueryString = Optional.ofNullable(request.getQueryString());

    // 取出每个参数
    String[] queryStrings = optionalQueryString.isPresent() ? optionalQueryString.get().split("&") : new String[]{};

    try (PrintWriter writer = response.getWriter()) {
        // 开始输出HTML文本
        writer.print("<html lang=\"en\">");
        writer.print("<body>");
        writer.print("<b>Response from DemoServlet</b>");
        writer.print("<br>");
        writer.print("<b>Handled by <code>doGet()</code></b>");
        writer.print("<br>");

        // 输出当前session的ID
        writer.print("<b>Session ID: " + request.getSession().getId() + "</b>");
        writer.print("<br>");

        writer.print("<br>");

        writer.print("<b>Parameters: </b>");
        writer.print("<br>");

        // 遍历每个参数
        for (String query : queryStrings) {
            // 取出参数的key和value
            String[] q = query.split("=");

            writer.print(q[0] + " = " + q[1] + "<br>");
        }

        writer.print("<br>");
        writer.print("<b>Cookies:</b>");
        writer.print("<br>");

        // 从request中取出cookie
        Cookie[] cookies = request.getCookies();

        // 遍历各个cookie
        for (Cookie cookie : cookies) {
            // 输出其name和value
            writer.print(cookie.getName() + " = " + cookie.getValue());
            writer.print("<br>");
        }

        writer.print("</body>");
        writer.print("</html>");
    }
}

然后发送一个 GET 请求，在返回中可以看到 cookie 中的内容已经被输出到页面上。

GET request with cookie

删除 cookie

将 cookie 的存活时间设为 0，并返回到客户端，即可从客户端中删除这个 cookie。

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@Override
protected void doDelete(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
    Cookie[] cookies = req.getCookies();

    for (Cookie cookie : cookies) {
        // JSESSIONID存放的是当前session的ID
        // 如果删掉这个cookie，那么当前的session也会被丢弃
        if (!"JSESSIONID".equalsIgnoreCase(cookie.getName())) {
            // 设定存活时间为0秒
            cookie.setMaxAge(0);

            // 将修改过的cookie放入响应中返回到客户端
            resp.addCookie(cookie);
        }
    }

    try (PrintWriter writer = resp.getWriter()) {
        // 因为response需要输出到客户端，才可以使新的cookie被送到客户端
        // 但是又懒得输出那么多东西了
        // 所以就输出了一个空字符串
        // 实际上输出内容不影响对cookie的操作
        writer.print("");
    }
}

HttpSession

什么是 session

Session 记录着一次会话相关的信息。

当一个请求到达服务器后，服务器会检查请求中是否包含 session ID 信息，比如在 Tomcat 中就是检查有无 JSESSIONID 这个 cookie，或者 URL 中有无 JSESSIONID 这个查询字符串。如果找到了对应的 session，则服务器会将这个 session 检索出来使用；请求中没有包含 session ID，或者对应的 session 已经被销毁，则服务器会创建一个新的 session 并返回其 ID。

Session ID 通常以 cookie 的形式返回到客户端，如果客户端禁用了 cookie，那么服务端则会使用 URL 重写技术将 session ID 写到 URL 中。

Session 中可以键值对的形式保存附加数据，称为 attributes。

与 cookie 不同，session 保存于服务器端，而且它能保存的数据也不仅限于字符串。

保存 attribute

修改 doPost() 方法，编写修改 session 的代码。修改完成后发送一个带有参数的 POST 请求，以向 session 中写入一些数据。

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@Override
public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException {
    // 设定返回内容的MIME类型
    response.setContentType("text/html");

    // 设定内容以UTF-8编码
    response.setCharacterEncoding("utf-8");

    // 取出所有参数，得到一个Map
    Map parameterMap = request.getParameterMap();

    // 获取当前会话的session
    // 如果没有，则会新建一个session并返回其ID
    HttpSession session = request.getSession();

    try (PrintWriter writer = response.getWriter()) {
        // 开始输出HTML文本
        writer.print("<html lang=\"en\">");
        writer.print("<body>");
        writer.print("<b>Response from DemoServlet</b>");
        writer.print("<br>");
        writer.print("<b>Handled by <code>doPost()</code></b>");
        writer.print("<br>");

        // 输出当前session的ID
        writer.print("<b>Session ID: " + request.getSession().getId() + "</b>");
        writer.print("<br>");

        // 遍历parameterMap
        parameterMap.forEach((k, v) -> {
            // 将参数以 key = value 形式输出
            writer.print(k + " = " + ((String[]) v)[0] + "<br>");

            // 将参数的key作为cookie的name，参数的value作为cookie的value
            Cookie cookie = new Cookie(String.valueOf(k), ((String[]) v)[0]);
            response.addCookie(cookie);

            // 将各个参数放到session的attributes中
            session.setAttribute(String.valueOf(k), ((String[]) v)[0]);
        });

        writer.print("</body>");
        writer.print("</html>");
    }
}

取出 attribute

修改 doGet() 方法，使其可以从 session 中取出 attributes 并显示在页面上。

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@Override
public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException {
    // 设定返回内容的MIME类型
    response.setContentType("text/html");

    // 设定内容以UTF-8编码
    response.setCharacterEncoding("utf-8");

    // 使用Optional类简化null判断
    Optional<String> optionalQueryString = Optional.ofNullable(request.getQueryString());

    // 获取当前会话的session
    HttpSession session = request.getSession();

    // 取出所有attribute的name
    Enumeration<String> attributeNames = session.getAttributeNames();

    // 取出每个参数
    String[] queryStrings = optionalQueryString.isPresent() ? optionalQueryString.get().split("&") : new String[]{};

    try (PrintWriter writer = response.getWriter()) {
        // 开始输出HTML文本
        writer.print("<html lang=\"en\">");
        writer.print("<body>");
        writer.print("<b>Response from DemoServlet</b>");
        writer.print("<br>");
        writer.print("<b>Handled by <code>doGet()</code></b>");
        writer.print("<br>");

        // 输出当前session的ID
        writer.print("<b>Session ID: " + request.getSession().getId() + "</b>");
        writer.print("<br>");

        writer.print("<br>");

        writer.print("<b>Parameters: </b>");
        writer.print("<br>");

        // 遍历每个参数
        for (String query : queryStrings) {
            // 取出参数的key和value
            String[] q = query.split("=");

            writer.print(q[0] + " = " + q[1] + "<br>");
        }

        writer.print("<br>");
        writer.print("<b>Cookies:</b>");
        writer.print("<br>");

        // 从request中取出cookie
        Cookie[] cookies = request.getCookies();

        // 遍历各个cookie
        for (Cookie cookie : cookies) {
            // 输出其name和value
            writer.print(cookie.getName() + " = " + cookie.getValue());
            writer.print("<br>");
        }

        writer.print("<br>");
        writer.print("<b>Attributes: </b>");
        writer.print("<br>");

        // 遍历attribute的各个name
        while(attributeNames.hasMoreElements()) {
            String key = attributeNames.nextElement();

            // 取出attribute的值
            String value = String.valueOf(session.getAttribute(key));

            writer.print(key + " = " + value);
            writer.print("<br>");
        }

        writer.print("</body>");
        writer.print("</html>");
    }
}

然后发送一个 GET 请求，在返回中就可以看到刚才保存在 session 中的数据：

GET request with session attribute

删除 attribute

此外 HttpSession 类提供了 removeAttribute() 方法用于删除一个 attribute。

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@Override
protected void doDelete(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
    Cookie[] cookies = req.getCookies();

    // 获取当前会话的session
    HttpSession session = req.getSession();

    Enumeration<String> attributeNames = session.getAttributeNames();

    for (Cookie cookie : cookies) {
        // JSESSIONID存放的是当前session的ID
        // 如果删掉这个cookie，那么当前的session也会被丢弃
        if (!"JSESSIONID".equalsIgnoreCase(cookie.getName())) {
            // 设定存活时间为0秒
            cookie.setMaxAge(0);

            // 将修改过的cookie放入响应中返回到客户端
            resp.addCookie(cookie);
        }

        // 遍历attribute names
        while(attributeNames.hasMoreElements()) {
            String key = attributeNames.nextElement();

            // 将其从session中移除
            session.removeAttribute(key);
        }
    }

    try (PrintWriter writer = resp.getWriter()) {
        // 因为response需要输出到客户端，才可以使新的cookie被送到客户端
        // 但是又懒得输出那么多东西了
        // 所以就输出了一个空字符串
        // 实际上输出内容不影响对cookie的操作
        writer.print("");
    }
}

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