详解Java分布式系统中session一致性问题

什么是session一致性问题

在分布式系统中，由于业务系统的扩展和部署，往往会存在多个应用实例，此时用户的请求可能会被路由到不同的应用实例上，而应用实例之间并不共享服务器内存，因此需要在不同的应用实例之间保证Session数据的一致性，即Session共享。如果没有解决Session共享问题，可能会导致用户在同一时间登录了同一账号，访问不同的应用实例，结果发现其在不同的实例上登录的用户信息不一样，这显然是不符合用户体验的。

解决session一致性问题的方法

方案1：Session Stickiness

即客户端和服务端协商使用哪个应用实例处理请求，并在一段时间内将所有请求都分配到同一实例上，这个过程就被称为Session Stickiness，一般是通过nginx反向代理实现，但是这种方式会导致系统出现单点故障，并且如果某个实例宕机，那么该实例中的所有Session数据就会丢失，因此并不是很可靠的解决方案。

方案2：Session共享

在分布式系统中采用Session共享的方式，即所有的应用实例都可以访问同一共享的Session数据，这样就可以避免Session数据不一致的问题。常见的Session共享方式有两种：

1. 客户端Cookie+服务端存储： 在每一个请求中，服务端从客户端的Cookie中获取SessionID，通过共享存储（例如缓存服务器）获取相应的Session数据。例如，使用Redis作为缓存服务器存储Session数据。

2. Session复制： 在多个应用实例之间进行Session文件同步或数据库同步。即，如果用户的请求被路由到其它应用实例上，同步该用户的Session数据到该实例中。例如，使用Zookeeper实现Session同步。

示例说明

示例1：使用Redis作为缓存服务器存储Session数据

public class RedisHttpSessionConfig extends AbstractHttpSessionApplicationInitializer {

    @Bean
    public LettuceConnectionFactory connectionFactory() {
        return new LettuceConnectionFactory(new RedisStandaloneConfiguration("localhost", 6379));
    }

    @Bean
    public HttpSessionStrategy httpSessionStrategy() {
        return new HeaderHttpSessionStrategy();
    }

    @Bean
    public RedisOperationsSessionRepository sessionRepository() {
        RedisOperationsSessionRepository sessionRepository = new RedisOperationsSessionRepository(connectionFactory());
        sessionRepository.setDefaultMaxInactiveInterval(1800);
        return sessionRepository;
    }

}

在这个示例代码中，创建了一个RedisHttpSessionConfig类，这个类的主要作用是使用Redis作为缓存服务器来存储Session数据。在配置中，使用了LettuceConnectionFactory类来创建Redis连接，同时使用HeaderHttpSessionStrategy类来绑定SessionID和HTTP请求。最后，使用RedisOperationsSessionRepository类来创建Session存储。

示例2：使用Zookeeper实现Session同步

在此示例中，我们需要先部署Zookeeper服务器，确保所有应用实例都可以访问同一Zookeeper服务器。

public class ZookeeperHttpSessionIdResolver extends AbstractHttpSessionIdResolver {

    private CuratorFramework zkClient;

    @Value("${zookeeper.sessionidpath}")
    private String znodePath;

    public ZookeeperHttpSessionIdResolver(CuratorFramework zkClient) {
        this.zkClient = zkClient;
    }

    @Override
    protected String getSessionId(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        String sessionId = request.getHeader("session-id");
        if (sessionId == null) {
            sessionId = UUID.randomUUID().toString();
            response.setHeader("session-id", sessionId);
            try {
                zkClient.create().creatingParentsIfNeeded().forPath(znodePath + "/" + sessionId, new byte[0]);
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException("Failed to create session node for id " + sessionId, e);
            }
        }
        return sessionId;
    }

    @Override
    public void setSessionId(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, String sessionId) {
        throw new UnsupportedOperationException(
            "setSessionId() not implemented as " + getClass().getName() + " does not support " +
                "retrieving the session ID from a request");
    }
}

这个示例代码中，创建了一个ZookeeperHttpSessionIdResolver类，这个类的主要作用是通过Zookeeper来实现Session同步。在代码中，使用了CuratorFramework类来创建Zookeeper连接，使用AbstractHttpSessionIdResolver来实现SessionID解析。在getSessionId()方法中，尝试从请求头中获取SessionID，如果没有则创建一个新的ID并将其存储到Zookeeper中的对应节点。在setSessionId()方法中，直接抛出一个异常，不实现任何逻辑。

总结

Session一致性问题是分布式系统中重要的问题，以上两个示例介绍了两种常见的Session共享方式。在实现Session时，需要考虑并发问题，确保在多线程或多应用实例访问同一Session时，不会产生竞态条件等问题。此外，需要根据应用场景选择适合的Session共享方式，确保应用运行的高可用性和高性能。