session一致性架構設計實踐
一、緣起
1. 什么是session?
服務器為每個用戶創建一個會話，存儲用戶的相關信息，以便多次請求能夠定位到同一個上下文。
Web開發中，web-server可以自動為同一個瀏覽器的訪問用戶自動創建session，提供數據存儲功能。最常見的，會把用戶的登錄信息、用戶信息存儲在session中，以保持登錄狀態。
2. 什么是session一致性問題?
只要用戶不重啟瀏覽器，每次http短連接請求，理論上服務端都能定位到session，保持會話。
當只有一臺web-server提供服務時，每次http短連接請求，都能夠正確路由到存儲session的對應web-server(廢話，因為只有一臺)。
此時的web-server是無法保證高可用的，采用“冗余+故障轉移”的多臺web-server來保證高可用時，每次http短連接請求就不一定能路由到正確的session了。
如上圖，假設用戶包含登錄信息的session都記錄在第一臺web-server上，反向代理如果將請求路由到另一臺web-server上，可能就找不到相關信息，而導致用戶需要重新登錄。
在web-server高可用時，如何保證session路由的一致性，是今天將要討論的問題。
二、session同步法
思路：多個web-server之間相互同步session，這樣每個web-server之間都包含全部的session
優點：web-server支持的功能，應用程序不需要修改代碼
不足：
- session的同步需要數據傳輸，占內網帶寬，有時延
- 所有web-server都包含所有session數據，數據量受內存限制，無法水平擴展
- 有更多web-server時要歇菜
三、客戶端存儲法
思路：服務端存儲所有用戶的session，內存占用較大，可以將session存儲到瀏覽器cookie中，每個端只要存儲一個用戶的數據了
優點：服務端不需要存儲
缺點：
- 每次http請求都攜帶session，占外網帶寬
- 數據存儲在端上，并在網絡傳輸，存在泄漏、篡改、竊取等安全隱患
- session存儲的數據大小受cookie限制
“端存儲”的方案雖然不常用，但確實是一種思路。
三、反向代理hash一致性
思路：web-server為了保證高可用，有多臺冗余，反向代理層能不能做一些事情，讓同一個用戶的請求保證落在一臺web-server上呢?
方案一：四層代理hash
反向代理層使用用戶ip來做hash，以保證同一個ip的請求落在同一個web-server上
方案二：七層代理hash
反向代理使用http協議中的某些業務屬性來做hash，例如sid，city_id，user_id等，能夠更加靈活的實施hash策略，以保證同一個瀏覽器用戶的請求落在同一個web-server上
優點：
- 只需要改nginx配置，不需要修改應用代碼
- 負載均衡，只要hash屬性是均勻的，多臺web-server的負載是均衡的
- 可以支持web-server水平擴展(session同步法是不行的，受內存限制)
不足：
- 如果web-server重啟，一部分session會丟失，產生業務影響，例如部分用戶重新登錄
- 如果web-server水平擴展，rehash后session重新分布，也會有一部分用戶路由不到正確的session
session一般是有有效期的，所有不足中的兩點，可以認為等同于部分session失效，一般問題不大。
對于四層hash還是七層hash，個人推薦前者：讓專業的軟件做專業的事情，反向代理就負責轉發，盡量不要引入應用層業務屬性，除非不得不這么做(例如，有時候多機房多活需要按照業務屬性路由到不同機房的web-server)。
四、后端統一存儲
思路：將session存儲在web-server后端的存儲層，數據庫或者緩存
優點：
- 沒有安全隱患
- 可以水平擴展，數據庫/緩存水平切分即可
- web-server重啟或者擴容都不會有session丟失
不足：增加了一次網絡調用，并且需要修改應用代碼
對于db存儲還是cache，個人推薦后者：session讀取的頻率會很高，數據庫壓力會比較大。如果有session高可用需求，cache可以做高可用，但大部分情況下session可以丟失，一般也不需要考慮高可用。
五、總結
保證session一致性的架構設計常見方法：
- session同步法：多臺web-server相互同步數據
- 客戶端存儲法：一個用戶只存儲自己的數據
- 反向代理hash一致性：四層hash和七層hash都可以做，保證一個用戶的請求落在一臺web-server上
- 后端統一存儲：web-server重啟和擴容，session也不會丟失
對于方案3和方案4，個人建議推薦后者：
- web層、service層無狀態是大規模分布式系統設計原則之一，session屬于狀態，不宜放在web層
- 讓專業的軟件做專業的事情，web-server存session?還是讓cache去做這樣的事情吧！
【本文為51CTO專欄作者“58沈劍”原創稿件，轉載請聯系原作者】
