一口氣說出 4 種分布式一致性 Session 實現(xiàn)方式，面試杠杠的~

前言

阿粉公司有一個 Web 管理系統(tǒng)，使用 Tomcat 進行部署。由于是后臺管理系統(tǒng)，所有的網(wǎng)頁都需要登錄授權(quán)之后才能進行相應(yīng)的操作。

起初這個系統(tǒng)的用的人也不多，為了節(jié)省資源，這個系統(tǒng)僅僅只是單機部署。后來隨著用的人越來越多，單機已經(jīng)有點扛不住了，于是阿粉決定再部署了一臺機器。

這時后端系統(tǒng)有兩臺服務(wù)，于是我們使用 Nginx 作為反向代理，整體架構(gòu)圖如下：

這個架構(gòu)圖想必大家應(yīng)該比較熟悉，現(xiàn)在主流的 Web 系統(tǒng)應(yīng)該都是這么部署。

經(jīng)過一些調(diào)試之后，在一個夜深人靜的晚上，阿粉將這套系統(tǒng)部署到了生產(chǎn)。本以為沒有什么事的，很穩(wěn)的交給測試小姐姐開始測試。

這一測，出了大問題！測試小姐姐反饋，登錄過后，沒過一會又需要登錄，操作好幾次都是這樣。

阿粉檢查了一下，系統(tǒng)應(yīng)用，配置什么也沒問題，那到底哪里出了問題？

這個時候組長剛準(zhǔn)備下班，看到我們這里有問題，于是過來了看了一下。簡單了解的一下基本情況，很快就找到了問題的原因，然后在 Nginx 端修改了下配置，重啟解決了問題。

分布式一致性 Session

解決完問題，組長坐下給阿粉解釋了問題原因：分布式一致性 Session。

原先我們登錄之后將會把用戶登錄信息放在 Session 中，用戶每次操作首先先校驗 Session 是否存在用戶信息，如果不存在將會強制讓用戶先去登錄。

原先架構(gòu)的中我們只有一臺應(yīng)用系統(tǒng)，所有操作都在一臺 Tomcat 上，這當(dāng)然沒有什么問題。

但是現(xiàn)在我們部署了兩臺系統(tǒng)，由于 Nginx 使用默認(rèn)負(fù)載均衡策略（輪詢），請求將會按照時間順序逐一分發(fā)到后端應(yīng)用上。

也就是說剛開始我們在 Tomcat1 登錄之后，用戶信息放在 Tomcat1 的 Session 里。過了一會，請求又被 Nginx 分發(fā)到了 Tomcat2 上，這時 Tomcat2 上 Session 里還沒有用戶信息，于是又要登錄。

另外由于我們系統(tǒng)采用單點登錄的方式，Tomcat2 登錄之后會將 Tomcat1 登錄信息失效，于是乎等到 Nginx 再把流量分發(fā)到 Tomcat1 時，Session 中用戶登錄信息已經(jīng)失效，又要重新登錄。

知道了問題，阿粉當(dāng)然想知道解決辦法了，于是組長教了阿粉分布式一致性 Session 四種解決辦法，阿粉給大家整理了一下：

下面阿粉將會以阿粉跟組長對話的形式，講解分布式一致性 Session 解決辦法。

Session 復(fù)制

組長：

如果此時 Tomcat1 Session 存在用戶信息，而 Tomcat2 上沒有存在。

這時如果我們將 Tomcat1 的 Session 復(fù)制到 Tomcat2 上，后面 Nginx 將請求轉(zhuǎn)發(fā)到 Tomcat2 上，由于 Tomcat2 存在 Session ，這時就不需要再重新登錄了。

架構(gòu)圖如下：

Tomcat 的 Session 復(fù)制的配置，網(wǎng)上有比較多的例子，這里阿粉就不再貼了，感興趣的同學(xué)可以自行搜索一下。

阿粉：

對的，這種方式挺好啊。Tomcat 就支持這種方式，我們只需要修改 Tomcat 配置就好，我們應(yīng)用代碼都不用修改了。

組長：

說的對，但是這種方式還是有很多缺點。

第一，Session 復(fù)制傳輸需要占用內(nèi)網(wǎng)帶寬。

第二，我們的例子就只有兩臺機器，這個復(fù)制性能還可以。但是假設(shè)我們有 N 臺機器，那么每次復(fù)制都要復(fù)制給 N-1 臺機器，如果機器很多，可能會形成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，復(fù)制性能也會呈指數(shù)級下降。

第三， Tomcat 需要保存所有的 Session 數(shù)據(jù)，這個方案的 Session 存儲在內(nèi)存中，容易受到機器的總內(nèi)存的限制。我們沒辦法通過加機器的方式水平擴展，我們能做的方式就是加大機器內(nèi)存。但是機器內(nèi)存越大，價格真的很貴！?。?/span>

所以不推薦使用這種方案。

Session 前端存儲

阿粉：

恩，這個方案確實有點不靠譜~

哎，有了！我們的 Session 里面其實就是存了用戶的信息，那我現(xiàn)在不存 Tomcat Session 里，我把信息拿出來，存到瀏覽器的 Cookie 中。

這樣，每個用戶瀏覽器存儲自己的 Cookie 信息，服務(wù)端就不需要存儲，這就解決了 Session 復(fù)制方案的缺陷了。

接下來用戶每次請求都把這個 Cookie 給我發(fā)過來，我判斷 Cookie 里面用戶信息不就好了。

架構(gòu)圖如下：

組長，欣賞看了一下我：

對，你這個方案確實可行。

不過么，如果用這種方案，首先你要想好加密方案。

用戶信息可是我們的敏感數(shù)據(jù)，不能讓別人輕易的竊取或者篡改數(shù)據(jù)了。

除了這個，這個方案每次請求都要攜帶 Cookie 傳輸，這會占用外網(wǎng)的帶寬，如果 Cookie 過大，會增大網(wǎng)絡(luò)的開銷。

另外，我們存儲的數(shù)據(jù)大小，容易受到 Cookie 限制。

所以這種還是不怎么常用，不過也是一種思路。

我比較推薦下面兩種方案。

Session ?粘滯（Sticky Sessions）

組長：

剛才應(yīng)該看到了，我只是對 Nginx 的配置做了一些修改，然后這個問題就解決了吧。

其實這是因為我修改 Nginx 默認(rèn)的負(fù)載均衡策略，使用 IP Hash 的方式。

Nginx 會使用請求者的 IP 來做 Hash，然后分發(fā)到一臺機器上，這樣可以保證同一 IP 的請求都落在同一臺 Tomcat 上。

架構(gòu)圖如下：

上面這種方式我們使用 Nginx 四層負(fù)載均衡方式，其實 Nginx 還可以做到七層負(fù)載均衡方式，也就是使用 Http 協(xié)議中的一些業(yè)務(wù)屬性來做 Hash，常見的有 userId,loginId等等。

架構(gòu)圖如下：

阿粉：

這種方案看起來挺簡單的，我們只需要修改 Nginx 配置就好了，應(yīng)用端配置無需改動。

只要請求來源 IP 足夠的隨機，那么 IP HASH 之后兩臺應(yīng)用上的流量將會足夠隨機。

另外后面如果兩臺機器扛不住，我們還可以水平擴展，再加機器，只要修改 Nginx 配置即可。

組長：

你說的這幾點都很正確！

不過你有沒有想過，像我們公司這種情況，所有人的出口的 IP 都是一個。那么我們公司的所有請求只會到一臺機器上，那我們這種情況等于又變成單點了。

另外如果 Tomcat 重啟，Session 由于是放置在內(nèi)存內(nèi)存中，這一部分的 Session 將會丟失，這就導(dǎo)致這部分用戶將會重新登錄。

最后，如果我們臨時再加機器，修改完 Nginx 配置，重新啟動之后，Nginx 將會重新計算 Hash 分發(fā)請求。

這種情況就會導(dǎo)致有一部分用戶重新路由到一臺新機器上，由于沒有 Session，又需要重新登錄了。

不過么，Tomcat 重啟或者新加機器次數(shù)不會很多，所以這個問題也不大，用戶體驗稍差點。

今天的我們這個問題解決方案就先使用這個。

不過后面我們還是改成下面這種方式。

后端集中存儲

組長：

上面幾種的方式我們都是把 Session 存儲在應(yīng)用內(nèi)存上，應(yīng)用機器只要重啟，Session 就會丟失。

為了這個解決這個問題，我們將 Session 單獨存起來，保存到 Redis 或者 MySQL 中。

不過由于 Session 需要過期失效的特性，不需要持久化保存，所以這里我建議使用 Redis 來保存。

這樣架構(gòu)就變成下方這樣的：

我們使用這種方案，上沒有 Session 丟失的風(fēng)險，當(dāng)然前提是 Redis 不能宕機。

另外后期如果應(yīng)用可以直接水平擴展。

如果后面應(yīng)用的請求量很大，一臺 Redis 扛不住了，那我們可以其實可以做集群擴展，根據(jù)緩存 Key 做路由。

阿粉：

對對，這種方式好~

組長：

你不要高興的太早，我們使用這個方案需要付出一定的代價的。

首先我們每次請求都需要調(diào)用一次 Redis ，這就增加一次網(wǎng)絡(luò)的開銷。

另外，引入 Redis，我們需要對相應(yīng)的代碼做出修改，這樣復(fù)雜度就變高。

所以說，這個方案有利也有弊，當(dāng)然對于我們的場景來說，利大于弊。

阿粉：

恩，好像是這樣的。

組長:

好了，這么晚了，問題解決了，我們?nèi)]個串，我請客！

阿粉：

老大，?！

組長拍了拍阿粉的腦袋：

我這一頓不是白吃哦，下個星期你把現(xiàn)在方式修改一下，修改成 Session 集中存儲的方式。

給你一個小提示，可以使用 ?spring-session。

阿粉：

好吧，吃人嘴短，下周我研究下。

總結(jié)

最后阿粉總結(jié)一下，當(dāng)我們后端 Web 應(yīng)用擴展到多臺后，我們就會碰到分布式一致性 Session 的問題，主流解決方案有四種：

• Session 復(fù)制：利用 Tomcat 等 Web 容器同步復(fù)制
• Session 前端存儲：利用用戶瀏覽器中 Cookie 保存 Session 信息
• Session ?粘滯方案：利用 Nginx 可以做四層 Hash 或七層 Hash 的特性，保證用戶的請求都落在同一臺機器上
• Session 后端集中存儲方案：利用 Redis 集中存儲 Session，Web 應(yīng)用重啟或擴容，Session 也無需丟失。

上面四種方案，優(yōu)先推薦第四種。

當(dāng)然第四種方案需要一定的開發(fā)工作量，前期還沒改造的過程可以選擇 第三種方案中間過渡。

好了，后面阿粉就要使用 Session 后端存儲方案改造這個工程了，后面阿粉再跟大家分享一下 spring-session。

幫助

1. 架構(gòu)師之路-session一致性架構(gòu)設(shè)計實踐

有道無術(shù)，術(shù)可成；有術(shù)無道，止于術(shù)

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