session一致性架构设计实践

由 58沈剑 创建, 最后一次修改 2017-09-09

一、缘起

什么是session?
服务器为每个用户创建一个会话,存储用户的相关信息,以便多次请求能够定位到同一个上下文。

Web开发中,web-server可以自动为同一个浏览器的访问用户自动创建session,提供数据存储功能。最常见的,会把用户的登录信息、用户信息存储在session中,以保持登录状态。

什么是session一致性问题?
只要用户不重启浏览器,每次http短连接请求,理论上服务端都能定位到session,保持会话。
session一致性
当只有一台web-server提供服务时,每次http短连接请求,都能够正确路由到存储session的对应web-server(废话,因为只有一台)。

此时的web-server是无法保证高可用的,采用“冗余+故障转移”的多台web-server来保证高可用时,每次http短连接请求就不一定能路由到正确的session了
session一致性2
如上图,假设用户包含登录信息的session都记录在第一台web-server上,反向代理如果将请求路由到另一台web-server上,可能就找不到相关信息,而导致用户需要重新登录。

在web-server高可用时,如何保证session路由的一致性,是今天将要讨论的问题。

二、session同步法

session同步法
思路多个web-server之间相互同步session,这样每个web-server之间都包含全部的session

优点:web-server支持的功能,应用程序不需要修改代码

不足
•session的同步需要数据传输,内网带宽,有时延
•所有web-server都包含所有session数据,数据量受内存限制,无法水平扩展
有更多web-server时要歇菜

三、客户端存储法

客户端存储法
思路:服务端存储所有用户的session,内存占用较大,可以将session存储到浏览器cookie中,每个端只要存储一个用户的数据了

优点服务端不需要存储

缺点
•每次http请求都携带session,外网带宽
•数据存储在端上,并在网络传输,存在泄漏、篡改、窃取等安全隐患
•session存储的数据大小受cookie限制

“端存储”的方案虽然不常用,但确实是一种思路。

三、反向代理hash一致性

思路:web-server为了保证高可用,有多台冗余,反向代理层能不能做一些事情,让同一个用户的请求保证落在一台web-server上呢?
反向代理hash一致性
方案一:四层代理hash

反向代理层使用用户ip来做hash,以保证同一个ip的请求落在同一个web-server上

反向代理hash一致性2

方案二:七层代理hash
反向代理使用http协议中的某些业务属性来做hash,例如sid,city_id,user_id等,能够更加灵活的实施hash策略,以保证同一个浏览器用户的请求落在同一个web-server上

优点
•只需要改nginx配置,不需要修改应用代码
负载均衡,只要hash属性是均匀的,多台web-server的负载是均衡的
•可以支持web-server水平扩展(session同步法是不行的,受内存限制)

不足
如果web-server重启,一部分session会丢失,产生业务影响,例如部分用户重新登录
•如果web-server水平扩展,rehash后session重新分布,也会有一部分用户路由不到正确的session

session一般是有有效期的,所有不足中的两点,可以认为等同于部分session失效,一般问题不大。

对于四层hash还是七层hash,个人推荐前者让专业的软件做专业的事情,反向代理就负责转发,尽量不要引入应用层业务属性,除非不得不这么做(例如,有时候多机房多活需要按照业务属性路由到不同机房的web-server)。

四、后端统一存储

后端统一存储
思路将session存储在web-server后端的存储层,数据库或者缓存

优点
没有安全隐患
可以水平扩展,数据库/缓存水平切分即可
•web-server重启或者扩容都不会有session丢失

不足:增加了一次网络调用,并且需要修改应用代码

对于db存储还是cache,个人推荐后者:session读取的频率会很高,数据库压力会比较大。如果有session高可用需求,cache可以做高可用,但大部分情况下session可以丢失,一般也不需要考虑高可用。

五、总结

保证session一致性的架构设计常见方法:
session同步法:多台web-server相互同步数据
客户端存储法:一个用户只存储自己的数据
反向代理hash一致性:四层hash和七层hash都可以做,保证一个用户的请求落在一台web-server上
后端统一存储:web-server重启和扩容,session也不会丢失

对于方案3和方案4,个人建议推荐后者
web层、service层无状态是大规模分布式系统设计原则之一,session属于状态,不宜放在web层
让专业的软件做专业的事情,web-server存session?还是让cache去做这样的事情吧

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