16 Go 鉴权（二）：实现Session管理器及Session存储

一、Go实现Session管理器

Go官方没有提供Session管理器，我们需自己实现Session管理器，Session的存储可以使用文件系统、缓存系统或数据库系统都可以。以下实现出自Github开源项目beego的Session实现，仅供参考：

出处：https://github.com/astaxie/session

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。

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，下面我们通过接口定义来实现一些Provider,实现Session的使用。

二、Session存储


package memory

import (
    "container/list"
    "github.com/astaxie/session"
    "sync"
    "time"
)

var pder = &Provider{list: list.New()}

type SessionStore struct {
    sid          string                      //session id唯一标示
    timeAccessed time.Time                   //最后访问时间
    value        map[interface{}]interface{} //session里面存储的值
}

func (st *SessionStore) Set(key, value interface{}) error {
    st.value[key] = value
    pder.SessionUpdate(st.sid)
    return nil
}

func (st *SessionStore) Get(key interface{}) interface{} {
    pder.SessionUpdate(st.sid)
    if v, ok := st.value[key]; ok {
        return v
    } else {
        return nil
    }
}

func (st *SessionStore) Delete(key interface{}) error {
    delete(st.value, key)
    pder.SessionUpdate(st.sid)
    return nil
}

func (st *SessionStore) SessionID() string {
    return st.sid
}

type Provider struct {
    lock     sync.Mutex               //用来锁
    sessions map[string]*list.Element //用来存储在内存
    list     *list.List               //用来做gc
}

func (pder *Provider) SessionInit(sid string) (session.Session, error) {
    pder.lock.Lock()
    defer pder.lock.Unlock()
    v := make(map[interface{}]interface{}, 0)
    newsess := &SessionStore{sid: sid, timeAccessed: time.Now(), value: v}
    element := pder.list.PushBack(newsess)
    pder.sessions[sid] = element
    return 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
    }
    return nil, nil
}

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
}

func (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() {
            pder.list.Remove(element)
            delete(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 {
        element.Value.(*SessionStore).timeAccessed = time.Now()
        pder.list.MoveToFront(element)
        return nil
    }
    return nil
}

func init() {
    pder.sessions = make(map[string]*list.Element, 0)
    session.Register("memory", pder)
}

上面这个代码实现了一个内存存储的session机制。通过init函数注册到session管理器中。这样就可以方便的调用了。我们如何来调用该引擎呢？请看下面的代码


import (
    "github.com/astaxie/session"
    _ "github.com/astaxie/session/providers/memory"
)

当import的时候已经执行了memory函数里面的init函数，这样就已经注册到session管理器中，我们就可以使用了，通过如下方式就可以初始化一个session管理器：


var globalSessions *session.Manager

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

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