Spring Security之Session管理

前言

在聊认证过滤器的时候，我们埋了个坑：Session管理。实际上，事情从这里开始，就变得复杂了。提前跟大家交个底：后续我们将涉及多个需要协同才能完成的功能。

什么是Session

想要管理session，就必须搞清楚Session的来龙去脉。

Session的产生

我们都知道HTTP协议本身是一种无状态的协议，即每个请求都是独立的，服务器不会记住前一个请求的信息。然而，在Web应用中，经常需要跟踪用户的会话状态，以便提供个性化的服务和保持用户数据的连续性。

为了弥补HTTP协议的无状态性，Session机制应运而生。Session是一种在客户端和服务器之间保持状态的机制，通过在服务器端存储用户的状态信息，并在每个请求中传递一个唯一的会话标识符（通常是JSESSIONID），使得服务器能够识别来自同一个客户端的多个请求，并为其提供个性化的响应。

在Web应用中，当客户端首次访问服务器时，服务器会为其创建一个新的Session对象，并生成一个与之关联的会话标识符。这个标识符会通过特定的方式（如cookies或URL重写）传递给客户端，并在后续的请求中由客户端发送回服务器。服务器根据会话标识符从Session池中检索出对应的Session对象，从而获取用户的会话状态信息。

总结一下：

Session是服务器用来跟踪用户状态的一种机制。
当用户访问Web应用时，服务器会为用户创建一个唯一的Session ID，并通过Cookie或其他方式将其发送给用户。
在后续的请求中，用户会携带这个Session ID，服务器通过解析这个ID来识别用户，并恢复用户的会话状态。

Session的安全威胁

会话劫持（Session Hijacking）
攻击者通过各种手段（如网络嗅探、跨站脚本攻击等）获取到用户的Session ID，然后利用这个有效的Session ID伪装成合法用户，访问用户的敏感信息或执行恶意操作。
会话固定（Session Fixation）
攻击者预先在用户的目标服务器上创建一个有效的Session，然后通过各种手段诱使用户使用这个Session。这样，攻击者就可以在用户正常登录后接管用户的会话，获取用户的敏感信息。
跨站请求伪造（CSRF）
攻击者诱导用户访问一个恶意网站，该网站包含指向目标网站的恶意请求，由于用户的浏览器会自动带上用户的Session信息，因此这个恶意请求会被视为用户的合法请求，从而导致用户的数据被篡改或泄露。
中间人攻击
攻击者通过拦截客户端和服务器之间的通信，修改或窃取Session信息，从而获取用户的敏感数据或执行恶意操作。

Session管理

有了概念上的铺垫，结合《Spring Security之认证过滤器》，我们初步理解一下Session管理的作用。
而在Spring Security中，哪些功能才算呢？这得从SessionManagermentFilter的核心组件来看：SessionAuthenticationStrategy。

SessionAuthenticationStrategy

该组件的定位是：在认证（成功）时，为HttpSession相关行为提供插件式支持。

子类	作用	描述
AbstractSessionFixationProtectionStrategy	固定会话防御策略	用于防御固定会话攻击
CsrfAuthenticationStrategy	跨域请求伪造防御策略	为了确保认证前的csrfToken与认证后不一样，需要在认证成功后重置crsfToken。
RegisterSessionAuthenticationStrategy	注册当前认证成功的Session	可以用于追踪session，也可以统计当前在线session数量，乃至于协助控制某个用户同时在线数量
ConcurrentSessionControlAuthenticationStrategy	session并发控制	用于控制某个用户同时在线数量，需要搭配前者使用

AbstractSessionFixationProtectionStrategy
他的核心逻辑主要是：

如果不存在session，也就没有防御的必要。
加同步锁后执行子类防御逻辑
发布session事件

具体策略有两个：

ChangeSessionIdAuthenticationStrategy 只修改sessionId，这也是默认策略
SessionFixationProtectionStrategy 把原session失效，再重建session，并拷贝原session中的属性
前者的核心主要是调用：HttpSession#changeSessionId()方法。
后者的核心则包括：让当前session失效-HttpSession#invalidate(); 重建session-request.getSession(true)，然后拷贝将原session中的属性拷贝到新session中。

实际上对于高版本的Tomcat（包括SpringBoot内置的，支持Servlet3.1及以上版本即可），二者在实际效果上并没有区别。因为前者改变了sessionId，内容不变。而后者重建了session，自然sessionId也是发生变化了的，又将原来session的相关属性复制过来。因此也相当于内容不变，只改了sessionId。


ChangeSessionIdAuthenticationStrategy	只修改sessionId，这也是默认策略
SessionFixationProtectionStrategy	把原session失效，再重建session，并拷贝原session中的属性

CsrfAuthenticationStrategy
很明显，这与跨域请求有关。不难猜测，跨域请求防御必定是个需要多个Filter协作的过滤器。但这里我们只聊他在这里的作用，聊到跨域请求防御再把这块串起来。

public class CsrfAuthenticationStrategy implements SessionAuthenticationStrategy {
	@Override
	public void onAuthentication(Authentication authentication, HttpServletRequest request,
			HttpServletResponse response) throws SessionAuthenticationException {
		boolean containsToken = this.csrfTokenRepository.loadToken(request) != null;
		// 存在csrfToken则重置
		if (containsToken) {
			// 先清空：存入null
			this.csrfTokenRepository.saveToken(null, request, response);
			// 再重新创建一个csrfToken
			CsrfToken newToken = this.csrfTokenRepository.generateToken(request);
			// 保存到csrfToken仓库
			this.csrfTokenRepository.saveToken(newToken, request, response);
			// 放入request中，以便可能的页面渲染。
			request.setAttribute(CsrfToken.class.getName(), newToken);
			request.setAttribute(newToken.getParameterName(), newToken);
		}
	}
}

PS: CsrfTokenRepository是跨域防御的核心组件，跳过。

RegisterSessionAuthenticationStrategy
这个主要靠SessionRegistry来实现。而SessionRegistry也是后面session并发控制的关键。因此他也是个协同组件哦。只不过不是在Filter层面，而是跟ConcurrentSessionControlAuthenticationStrategy协同。前者，用于登记注册，后者则利用登记的session进行统计，并以此决定后续操作。

public interface SessionRegistry {
	// 获取所有（在线的/离线但尚未清理的-session层面的）用户
    List<Object> getAllPrincipals();
	// 获取所有session（支持查询已超时的session）
    List<SessionInformation> getAllSessions(Object principal, boolean includeExpiredSessions);
	// 根据sessionId获取Session信息
    SessionInformation getSessionInformation(String sessionId);
	// 根据sessionId刷新上一次请求，这与自定义的SessionInformation有关。
    void refreshLastRequest(String sessionId);
	// 注册新的session
    void registerNewSession(String sessionId, Object principal);
	// 根据sessionId移除SessionInformation 
    void removeSessionInformation(String sessionId);
}

RegisterSessionAuthenticationStrategy自然使用的是registerNewSession方法进行登记。

ConcurrentSessionControlAuthenticationStrategy

public class ConcurrentSessionControlAuthenticationStrategy
		implements MessageSourceAware, SessionAuthenticationStrategy {
	@Override
	public void onAuthentication(Authentication authentication, HttpServletRequest request,
			HttpServletResponse response) {
		// 获取当前用户的最大session限制。这里是配置好的，不是动态变化的，除非定制。
		int allowedSessions = getMaximumSessionsForThisUser(authentication);
		if (allowedSessions == -1) {
			// -1 则表示不限制，因此直接放行。
			return;
		}
		// 需要限制用户的session个数
		List<SessionInformation> sessions = this.sessionRegistry.getAllSessions(authentication.getPrincipal(), false);
		int sessionCount = sessions.size();
		if (sessionCount < allowedSessions) {
			// 尚未达到多点登录的限制，允许登录
			return;
		}
		if (sessionCount == allowedSessions) {
			HttpSession session = request.getSession(false);
			if (session != null) {
				// 达到限制，但属于是当前已在线的session，是正常请求。
				for (SessionInformation si : sessions) {
					if (si.getSessionId().equals(session.getId())) {
						return;
					}
				}
			}
		}
		// 超出限制，且又来了新的session
		allowableSessionsExceeded(sessions, allowedSessions, this.sessionRegistry);
	}
	protected void allowableSessionsExceeded(List<SessionInformation> sessions, int allowableSessions,
		SessionRegistry registry) throws SessionAuthenticationException {
	if (this.exceptionIfMaximumExceeded || (sessions == null)) {
		// 需要以异常的形式抛出
		throw new SessionAuthenticationException(
				this.messages.getMessage("ConcurrentSessionControlAuthenticationStrategy.exceededAllowed",
						new Object[] { allowableSessions }, "Maximum sessions of {0} for this principal exceeded"));
	}
	// 通过lru的方式，得到最近使用时间最远的session，并使其失效
	sessions.sort(Comparator.comparing(SessionInformation::getLastRequest));
	int maximumSessionsExceededBy = sessions.size() - allowableSessions + 1;
	List<SessionInformation> sessionsToBeExpired = sessions.subList(0, maximumSessionsExceededBy);
	for (SessionInformation session : sessionsToBeExpired) {
		session.expireNow();
	}
}

问题延伸

现在我们知道SessionAuthenticationStrategy的作用，也知道他可以实现哪些所谓的“与Session相关的操作”了。在这里，我要问大家一个问题：

如果我们不用SessionAuthenticationStrategy能正常登录吗？

很显然，我们依然能够正常登录，只不过与之相关的固定会话防御、跨域防御、并发会话控制功能无法实现。

SessionManagementFilter

我们先看看类注释：

检测在请求开始开始时用户已经是否已经认证过了，如果已认证，则调用配置好的SessionAuthenticationStrategy来完成session相关的活动，例如：固定会话保护机制和多请求并发登录检查。

与session相关的活动，我认为可以分为两类：

与session相关的安全防御活动。例如：固定会话保护机制、跨域请求伪造防御
与session相关的功能。例如：session并发控制（多点登录）

以上行为/活动，无疑被封装到SessionAuthenticationStrategy的实现之中。

实现原理

SessionManagementFilter
可以看出，条件很多，核心功能有两点：一是session超时策略。二是SessionAuthenticationStrategy、SecurityContextRepository两个组件的执行。

小结

SessionManagementFilter会关注session超时，当session超时时会自动跳转到指定的页面。而其本身设计的重点是，执行SessionAuthenticationStrategy的相关策略。至于SecurityContextRepository，这个与BUG
SEC-1396 有关。

与认证过滤器的协同

准确来说，应该说是与部分认证过滤器的协同。因为我们的UsernamePasswordAuthenticationFilter，或者说任何实现了AbstractAuthenticationProcessingFilter，其本身就会执行SessionAuthenticationStrategy。

对于UsernamePasswordAuthenticationFilter，个人认为只有在并发请求、session超时管理情况下才能派上用场。如果不使用SessionManagementFilter的话，我们要配置SessionAuthenticationStrategy可以自己new相应的策略在放到HttpSecurity的共享对象中就行。但session超时的请求如果想要处理，例如跳转登录页面，就得我们自己处理了。

而像AbstractPreAuthenticatedProcessingFilter、RememberMeAuthenticationFilter、BasicAuthenticationFilter等，就不会执行这个。甚至，也不会执行SecurityContextRepository，因此就必须要SessionManagementFilter的协助。至于为什么UsernamePasswordAuthenticationFilter这么特别，我只能猜测他可能是先实现的，而后者是后面设计的。

SessionManagementConfigurer

这是负责配置session管理配置器。发布的过滤器除了SessionManagementFilter，还有ConcurrentSessionFilter。这也是SessionManagement容易令人迷糊的地方，明明名字都一样，却不是一一对应。

public final class SessionManagementConfigurer<H extends HttpSecurityBuilder<H>>
		extends AbstractHttpConfigurer<SessionManagementConfigurer<H>, H> {

	@Override
	public void init(H http) {
		SecurityContextRepository securityContextRepository = http.getSharedObject(SecurityContextRepository.class);
		boolean stateless = isStateless();
		if (securityContextRepository == null) {
			// 设置SecurityContextRepository
			if (stateless) {
				// 无状态应用设置为NullSecurityContextRepository
				http.setSharedObject(SecurityContextRepository.class, new NullSecurityContextRepository());
			}
			else {
				// 默认为HttpSessionSecurityContextRepository
				HttpSessionSecurityContextRepository httpSecurityRepository = new HttpSessionSecurityContextRepository();
				httpSecurityRepository.setDisableUrlRewriting(!this.enableSessionUrlRewriting);
				httpSecurityRepository.setAllowSessionCreation(isAllowSessionCreation());
				AuthenticationTrustResolver trustResolver = http.getSharedObject(AuthenticationTrustResolver.class);
				if (trustResolver != null) {
					// 确保httpSecurityRepository使用的是共享对象trustResolver
					httpSecurityRepository.setTrustResolver(trustResolver);
				}
				http.setSharedObject(SecurityContextRepository.class, httpSecurityRepository);
			}
		}
		RequestCache requestCache = http.getSharedObject(RequestCache.class);
		if (requestCache == null) {
			if (stateless) {
				// 无状态应用设置NullRequestCache
				http.setSharedObject(RequestCache.class, new NullRequestCache());
			}
		}
		// SessionAuthenticationStrategy设置为共享对象
		http.setSharedObject(SessionAuthenticationStrategy.class, getSessionAuthenticationStrategy(http));
		// InvalidSessionStrategy设置为共享对象
		http.setSharedObject(InvalidSessionStrategy.class, getInvalidSessionStrategy());
	}

	@Override
	public void configure(H http) {
		// 创建SessionManagementFilter 
		SessionManagementFilter sessionManagementFilter = createSessionManagementFilter(http);
		if (sessionManagementFilter != null) {
			http.addFilter(sessionManagementFilter);
		}
		// 开启session并发控制，需要创建ConcurrentSessionFilter 
		if (isConcurrentSessionControlEnabled()) {
			ConcurrentSessionFilter concurrentSessionFilter = createConcurrencyFilter(http);

			concurrentSessionFilter = postProcess(concurrentSessionFilter);
			http.addFilter(concurrentSessionFilter);
		}
		if (!this.enableSessionUrlRewriting) {
			// 禁止url编码，这个涉及到重定向-其实就是封装一下请求
			http.addFilter(new DisableEncodeUrlFilter());
		}
		if (this.sessionPolicy == SessionCreationPolicy.ALWAYS) {
			// 确保session存在。就是在请求进入的第一时间，获取一下session。
			http.addFilter(new ForceEagerSessionCreationFilter());
		}
	}
	
	private SessionManagementFilter createSessionManagementFilter(H http) {
		if (shouldRequireExplicitAuthenticationStrategy()) {
			return null;
		}
		// 对于stateful应用直接使用HttpSessionSecurityContextRepository
		SecurityContextRepository securityContextRepository = this.sessionManagementSecurityContextRepository;
		// 获取配置的SessionAuthenticationStrategy，创建SessionManagementFilter
		// 总的来说，SessionManagementConfigurer的重中之重就是配置SessionAuthenticationStrategy
		// 这也是SessionManagementFilter的核心逻辑所在
		SessionManagementFilter sessionManagementFilter = new SessionManagementFilter(securityContextRepository,
				getSessionAuthenticationStrategy(http));
		if (this.sessionAuthenticationErrorUrl != null) {
			sessionManagementFilter.setAuthenticationFailureHandler(
					new SimpleUrlAuthenticationFailureHandler(this.sessionAuthenticationErrorUrl));
		}
		InvalidSessionStrategy strategy = getInvalidSessionStrategy();
		if (strategy != null) {
			sessionManagementFilter.setInvalidSessionStrategy(strategy);
		}
		AuthenticationFailureHandler failureHandler = getSessionAuthenticationFailureHandler();
		if (failureHandler != null) {
			sessionManagementFilter.setAuthenticationFailureHandler(failureHandler);
		}
		AuthenticationTrustResolver trustResolver = http.getSharedObject(AuthenticationTrustResolver.class);
		if (trustResolver != null) {
			sessionManagementFilter.setTrustResolver(trustResolver);
		}
		sessionManagementFilter.setSecurityContextHolderStrategy(getSecurityContextHolderStrategy());
		return postProcess(sessionManagementFilter);
	}
	private SessionAuthenticationStrategy getSessionAuthenticationStrategy(H http) {
		if (this.sessionAuthenticationStrategy != null) {
			// 避免重复创建
			return this.sessionAuthenticationStrategy;
		}
		List<SessionAuthenticationStrategy> delegateStrategies = this.sessionAuthenticationStrategies;
		SessionAuthenticationStrategy defaultSessionAuthenticationStrategy;
		if (this.providedSessionAuthenticationStrategy == null) {
			// 用户没有配置SessionAuthenticationStrategy默认为sessionFixationAuthenticationStrategy
			defaultSessionAuthenticationStrategy = postProcess(this.sessionFixationAuthenticationStrategy);
		}
		else {
			// 设置为用户指定策略
			defaultSessionAuthenticationStrategy = this.providedSessionAuthenticationStrategy;
		}
		// 是否开启并发控制
		if (isConcurrentSessionControlEnabled()) {
			SessionRegistry sessionRegistry = getSessionRegistry(http);
			ConcurrentSessionControlAuthenticationStrategy concurrentSessionControlStrategy = new ConcurrentSessionControlAuthenticationStrategy(
					sessionRegistry);
			concurrentSessionControlStrategy.setMaximumSessions(this.maximumSessions);
			concurrentSessionControlStrategy.setExceptionIfMaximumExceeded(this.maxSessionsPreventsLogin);
			concurrentSessionControlStrategy = postProcess(concurrentSessionControlStrategy);

			RegisterSessionAuthenticationStrategy registerSessionStrategy = new RegisterSessionAuthenticationStrategy(
					sessionRegistry);
			registerSessionStrategy = postProcess(registerSessionStrategy);

			delegateStrategies.addAll(Arrays.asList(concurrentSessionControlStrategy,
					defaultSessionAuthenticationStrategy, registerSessionStrategy));
		}
		else {
			delegateStrategies.add(defaultSessionAuthenticationStrategy);
		}
		// 将策略通过CompositeSessionAuthenticationStrategy组装
		this.sessionAuthenticationStrategy = postProcess(
				new CompositeSessionAuthenticationStrategy(delegateStrategies));
		return this.sessionAuthenticationStrategy;
	}

}

这里主要两个方法：
init方法
该方法可能会创建共享对象：

共享对象	释义	stateless场景	非stateless场景
SecurityContextRepository	安全上下文仓库，一般将安全上下文保存在session中	设置RequestAttributeSecurityContextRepository为共享对象，而sessionManagementFilter使用NullSecurityContextRepository	HttpSessionSecurityContextRepository，共享对象与sessionManagementFilter使用的是同一个对象
RequestCache	请求缓存，与认证成功后，跳转上一次请求有关。	创建NullRequestCache	无
SessionAuthenticationStrategy	session认证策略	无	与session相关的活动
InvalidSessionStrategy	session超时策略	无	session超时后的处理

从这里也能看出，session管理必须要识别应用是否为stateless应用。因为对于stateless应用，是没有会话概念的。自然session管理也就没有这个必要了。stateless是通过token来维持类似于会话的功能的，这个token可能是存在于header也可能存在于RequestAttribute（默认选择）中。这也就解释了SecurityContextRepository的创建。

configure方法
这个方法最主要的是创建SessionManagementFilter，而创建SessionManagementFilter的核心是创建SessionAuthenticationStrategy。
第一层是session的创建策略，前面仔细聊过，不多逻辑。如果没有指定，则会使用修改sessionId的策略。第二层是session并发控制。这个会涉及SessionRegistry，会优先从httpSecurity的共享对象中获取，如果没有就创建一个，同时注册为监听器。没错，他就是利用监听机制完成session的注册和注销的。然后将SessionRegistry封装成RegisterSessionAuthenticationStrategy；构建好所有的SessionAuthenticationStrategy之后，就通过组合模式，封装成CompositeSessionAuthenticationStrategy统一调用。
除了以上的核心逻辑外，SessionManagementFilter还有session超时处理所涉及的：超时处理器或者超时处理策略；SessionAuthenticationStrategy处理失败的处理器。以及与判断是否需要执行sessionManage逻辑的组件：SecurityContextHolderStrategy、TrustResolver、SecurityContextRepository。
对于SessionManagementConfigurer来说，还有ConcurrentSessionFilter、DisableEncodeUrlFilter、ForceEagerSessionCreationFilter。第一个不多说，第二个是禁止重定向的url编码的，第三个是为了确保session存在。

总结

SessionManagementFilter的核心是SessionAuthenticationStrategy，主要涉及的主要有两个功能：Session的创建策略，Session的并发控制。
SessionManagementConfigurer配置session并发控制时，会额外引入一个ConcurrentSessionFilter，用于控制session数量。由此可见，并发控制是我们遇到的第一个需要多个过滤器协作完成的功能。
SessionManagementFilter除了管理SessionAuthenticationStrategy之外，还有负责session超时的处理。
SessionManagementFilter可以是UsernamePasswordAuthenticationFilter的补充。一来可以应付session超时，二来在发生并发请求时，可以通过SessionAuthenticationStrategy执行session相关操作。如果是其他登录方式，他就是名副其实的session管理器，离了他session相关的都不会执行。

下期预告：登录了、看了session了，下一个就是认证信息的存储。

PS：我们的花了大部分篇幅都在聊组件、配置。像SessionManagementFilter、ConcurrentSessionFilter的源码我们都没有仔细分析，原因是其核心逻辑比较简单，大家可以自行阅读。我们重点聊的还是组件功能和配置，这是spring security的学习起来比较困难的地方。