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基于Redis 的分布式 session 图解

news 来源：原创 2025/5/22 10:03:31

Redis 分布式 Session 工作原理

1. 传统 Session 的问题

在传统单服务器环境中，HTTP Session 存储在应用服务器的内存中。这在分布式系统中会导致问题：

用户的请求可能被分发到不同服务器，导致会话不一致
服务器宕机会导致会话丢失
需要依赖负载均衡器的会话粘性(sticky session)机制，限制了系统的伸缩性

2. Spring Session + Redis 解决方案

当配置了Spring Session + Redis后，系统会：

拦截请求处理流程：
- Spring Session 使用一个过滤器(SpringSessionRepositoryFilter)拦截所有HTTP请求
- 这个过滤器由DelegatingFilterProxy代理，在Spring Boot应用中自动配置
替换原生Session实现：
- 过滤器会将容器原生的HttpSession实现替换为Spring自定义的实现
- 所有对HttpSession的操作实际上都被Spring Session接管
Session数据外部化：
- 所有会话数据存储在Redis中，而非应用服务器内存
- 客户端仍然通过Cookie接收会话ID
- 服务器使用该ID从Redis中检索完整的会话数据

3. Redis 存储格式

Redis中的几个关键数据结构：

Strings类型：spring:session:sessions:expires:{sessionId} - 用于跟踪会话过期
Hash表类型：spring:session:sessions:{sessionId} - 存储实际的会话数据
Sets类型：spring:session:expirations:{timestamp} - 用于管理会话的过期机制

4. 请求处理流程

请求到达：
- 客户端发送请求，包含sessionID的Cookie
- Spring Session过滤器拦截请求
会话检索：
- 从Cookie中提取sessionID
- 使用该ID从Redis查询会话数据
- 创建包含该数据的会话对象
请求处理：
- 应用程序使用该会话对象，仿佛它是标准的HttpSession
- 对会话的任何修改都被跟踪
请求完成：
- 如果会话数据被修改，更新存储在Redis中的数据
- 如有必要，更新过期时间

5. 技术亮点

无侵入性：应用代码不需要任何改变，正常使用HttpSession接口
无需会话粘性：负载均衡器不再需要配置sticky session
弹性伸缩：服务器可以随时添加或移除，不影响用户会话
容错性：单个服务器故障不会导致用户会话丢失
集中管理：会话数据集中存储，便于监控和管理

这种设计使得Spring应用可以在分布式环境中无缝扩展，同时保持用户会话的连续性和一致性，是微服务架构中解决用户状态管理的优雅方案。
在这里插入图片描述

客户端先带着 HTTP 请求到负载均衡器
负载均衡器转发请求到应用服务器
被SpringSessionFiliter 拦截
从 Cookie 中提取 SessionID
- 如果该sessionID 存在，通过该sessionID 从 SessionRespository 获取会话， SessionRespository 查询 Redis 中的会话数量，RedisOperations 给Redis 服务器发送了 GET spring:session:sessions:{sessionId}。Redis 给 RedisOperations 返回数据。最终在 SessionRespository 构建请求对象给 SpringSessionFiliter。
- 如果该sessionID 不存在或者过期，那么 SpringSessionFiliter 给 SessionRepository 创建新的会话。sessionRepository 在 Redis 中创建新会话，
  - Strings类型：spring:session:sessions:expires:{sessionId} - 用于跟踪会话过期
  - Hash表类型：spring:session:sessions:{sessionId} - 存储实际的会话数据
  - Sets类型：spring:session:expirations:{timestamp} - 用于管理会话的过期机制
  创建完成后，返回新的session 对象给 SpringSessionFiliter 。

业务处理中可能发生修改会话数量，如果有 SpringSessionFiliter 调用 SessionRepository 保存会话的变更，更新Redis 中的会话数量， HMSET 更新会话数量，重置过期时间。

Mermind 绘图代码：

sequenceDiagram
    participant C as 客户端
    participant LB as 负载均衡器
    participant F as SpringSessionFilter
    participant S as SessionRepository
    participant R as RedisOperations
    participant RD as Redis服务器
    
    C->>LB: 1. HTTP请求(带SessionID Cookie)
    LB->>F: 2. 转发请求到应用服务器
    
    F->>F: 3. 拦截请求
    F->>F: 4. 从Cookie中提取SessionID
    
    alt 存在SessionID
        F->>S: 5a. 通过SessionID获取会话
        S->>R: 6a. 查询Redis中的会话数据
        R->>RD: 7a. GET spring:session:sessions:{sessionId}
        RD-->>R: 8a. 返回会话数据
        R-->>S: 9a. 返回会话数据
        S-->>F: 10a. 构建Session对象
    else 不存在SessionID或会话已过期
        F->>S: 5b. 创建新会话
        S->>R: 6b. 在Redis中创建新会话
        R->>RD: 7b. HMSET spring:session:sessions:{newId}
        R->>RD: 8b. SET spring:session:sessions:expires:{newId}
        R->>RD: 9b. SADD spring:session:expirations:{expireTime}
        RD-->>R: 10b. 确认创建成功
        R-->>S: 11b. 返回新会话ID
        S-->>F: 12b. 返回新Session对象
    end
    
    F->>+S: 13. 包装为SessionRepositoryRequestWrapper
    S->>-F: 14. 返回包装后的请求对象
    
    F->>F: 15. 继续请求处理链
    
    Note over F,S: 业务逻辑处理期间可能会修改会话数据
    
    F->>S: 16. 保存会话变更(如有)
    S->>R: 17. 更新Redis中的会话数据
    R->>RD: 18. HMSET 更新会话数据
    R->>RD: 19. 重置过期时间
    
    F->>LB: 20. 返回HTTP响应
    LB->>C: 21. 转发响应