Tomcat Session 管理与分布式方案

Tomcat Session 管理与分布式方案

1. 引言

在 Web 应用中，HTTP 协议是无状态的，为了识别用户会话，Tomcat 提供了 Session 管理机制。
在单机应用中，Session 存放在内存中即可，但在 分布式集群部署 时，Session 必须能够在多个 Tomcat 节点之间共享或复制。

本篇文章我们将深入剖析：

• Tomcat 的 Session 生命周期管理
• Session 的持久化与存储机制
• 分布式集群下的 Session 复制方案（DeltaManager、BackupManager）
• 结合源码，揭开 Tomcat Session 高可用的实现原理

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2. Session 管理体系结构

在 Tomcat 中，Session 管理由 Manager 组件负责，主要包括：

1. StandardManager

   • 默认实现
   • Session 存储在内存中
   • 可选择持久化到磁盘

2. PersistentManager

   • 在空闲时将 Session 持久化到磁盘
   • 减少内存压力

3. DeltaManager（集群环境）

   • 集群模式下的 Session 同步方案
   • 每次 Session 更新都会广播给集群中的其他节点

4. BackupManager（优化方案）

   • Session 只同步到一台备份节点
   • 相比 DeltaManager，减少网络开销

👉 架构图：

Session└── Manager（管理器）├── StandardManager（单机内存管理）├── PersistentManager（持久化）└── ClusterManager（集群）├── DeltaManager（全量复制）└── BackupManager（单点备份）

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3. Session 生命周期

1. 创建

   • 首次请求时，若没有 JSESSIONID，Tomcat 会新建 Session
   • 生成唯一 ID（默认使用 SecureRandom）

2. 使用

   • 通过 HttpSession.setAttribute() 存储数据
   • 每次请求更新 lastAccessedTime

3. 过期

   • 超过 maxInactiveInterval（默认 30 分钟）未访问，会被销毁

4. 销毁

   • Session 超时或应用关闭时销毁
   • 调用 HttpSessionListener.sessionDestroyed()

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4. 核心源码解析

(1) Session 接口

public interface Session {String getId();long getCreationTime();Object getAttribute(String name);void setAttribute(String name, Object value);void invalidate();
}

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(2) StandardSession（标准实现）

public class StandardSession implements Session, HttpSession {private String id;private Map<String,Object> attributes = new HashMap<>();private long lastAccessedTime;private int maxInactiveInterval;@Overridepublic void setAttribute(String name, Object value) {attributes.put(name, value);}@Overridepublic void invalidate() {attributes.clear();// 触发 SessionListener 销毁事件}
}

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(3) StandardManager（单机内存管理）

public class StandardManager extends ManagerBase {@Overridepublic Session createSession(String sessionId) {StandardSession session = new StandardSession(this);session.setNew(true);session.setId(sessionId);return session;}@Overridepublic void load() {// 从磁盘反序列化 Session}@Overridepublic void unload() {// 将 Session 持久化到磁盘}
}

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(4) DeltaManager（集群模式）

public class DeltaManager extends ClusterManagerBase {@Overridepublic void send(Session session) {// 将 Session 状态序列化// 通过集群通道（ClusterChannel）广播给所有节点}@Overridepublic void messageReceived(ClusterMessage msg) {// 接收其他节点的 Session 更新// 应用到本地 SessionMap}
}

👉 特点：所有节点都保存完整 Session 副本，同步开销大。

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(5) BackupManager（优化方案）

public class BackupManager extends ClusterManagerBase {@Overridepublic void send(Session session) {// 将 Session 同步到一个备份节点}
}

👉 特点：降低广播压力，但可靠性依赖于单一备份。

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5. Session 在请求中的处理流程

1. Request 进入 Context
2. StandardContextValve 检查 Cookie/JSESSIONID
3. 若存在 JSESSIONID → 从 Manager 中查找 Session
4. 若不存在 → 创建新 Session
5. 请求结束时 → 更新 Session 最后访问时间
6. 若配置了集群 → 触发 Manager 的 send() 方法广播更新

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6. Session 集群配置

在 server.xml 中启用集群：

<Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"managerClassName="org.apache.catalina.ha.session.DeltaManager"channelSendOptions="8"><Manager className="org.apache.catalina.ha.session.DeltaManager"expireSessionsOnShutdown="false"notifyListenersOnReplication="true"/><Channel className="org.apache.catalina.tribes.group.GroupChannel"/>
</Cluster>

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7. 分布式 Session 的替代方案

由于 Tomcat 的集群 Session 复制存在性能瓶颈，生产中常用以下替代方案：

1. 粘性会话（Sticky Session）

   • 负载均衡器（如 Nginx）将同一用户的请求路由到同一个 Tomcat 节点
   • 不需要复制 Session
   • 缺点：节点宕机会丢失 Session

2. 外部存储

   • 将 Session 存储到 Redis、数据库
   • 所有节点共享 Session 存储
   • 高可用性强，现代架构中最常见

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8. 总结

本篇文章深入剖析了 Tomcat Session 管理与分布式方案：

• Session 生命周期：创建 → 使用 → 过期 → 销毁
• Manager 实现：StandardManager、PersistentManager、DeltaManager、BackupManager
• 集群模式：全量复制（DeltaManager） vs 单点备份（BackupManager）
• 源码解析：StandardSession、StandardManager、DeltaManager
• 替代方案：Sticky Session / Redis

这样，我们就完整掌握了 Tomcat Session 高可用与分布式管理机制。

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