PHP Session学习笔记

在web开发中，session是个非常重要的概念。Session一般译作会话，Session是一种基于HTTP协议的用以增强web应用能力的机制或者说一种方案，它不是单指某种特定的动态页面技术，而这种能力就是保持状态，也可以称作保持会话。

在许多动态网站的开发者看来，session就是一个变量，而且其表现像个黑洞，他只需要将东西在合适的时机放进这个洞里，等需要的时候再把东西取出来。这是开发者对session最直观的感受，但是黑洞里的景象或者说session内部到底是怎么工作的呢？

web应用是基于HTTP协议的，而HTTP协议是一种无状态协议。也就是说，用户从A页面跳转到B页面会重新发送一次HTTP请求，而服务端在返回响应的时候是无法获知该用户在请求B页面之前做了什么的。解决HTTP协议自身无状态的方式有cookie和session。二者都能记录状态，前者是将状态数据保存在客户端，后者则保存在服务端。

关于Cookie的介绍可以查看这两篇文章：Cookie简介或Cookie与Session的区别。今天主要讲的是Session的实现原理。

session的基本原理是服务端为每一个session维护一份会话信息数据，而客户端和服务端依靠一个全局唯一的标识来访问会话信息数据。用户访问web应用时，服务端程序决定何时创建session，创建session可以概括为三个步骤：

1. 生成全局唯一标识符（sessionid）
2. 开辟数据存储空间。一般会在内存中创建相应的数据结构，但这种情况下，系统一旦掉电，所有的会话数据就会丢失，如果是电子商务网站，这种事故会造成严重的后果。不过也可以写到文件里甚至存储在数据库中，这样虽然会增加I/O开销，但session可以实现某种程度的持久化，而且更有利于session的共享；
3. 将session的全局唯一标示符发送给客户端。

关于服务器如何将session的唯一标识发送个客户端，主要有两种方式：cookie和URL重写。Cookie与Session的区别中也有写到，这里不再详述。下面就开始说说PHP中的Session。

PHP中session方案包含的信息

1. session id 用户session唯一标识符，随机生成的一串字符串，具有唯一性，随机性。主要用于区分其它用户的session数据。用户第一次访问web页面的时候，php的session初始化函数调用会分配给当前来访用户一个唯一的ID，也称之为session_id。
2. session data 我们把需要通过session保存的用户状态信息，称为用户session数据，也称为session数据。一般是在当前session生命周期，相应用的$_SESSION数据。
3. session file PHP默认将session数据存放在一个文件里。我们把存放session数据的文件称为session文件。它由特殊的php.ini设置session.save_path指定session文件的存放路径，CentOS5.3操作系统，PHP5.1默认存放在/var/lib/php/session目录中。用户session文件的名称，就是以sess_为前缀，以session_id为结尾命名，比如session id为vp8lfqnskjvsiilcp1c4l484d3，那么session文件名就是sess_vp8lfqnskjvsiilcp1c4l484d3
4. session lifetime 我们把初始化session开始，直到注销session这段期间，称为session生命周期，这样有助于我们理解session管理函数。

由此，我们可见：当每个用户访问web, PHP的session初始化函数都会给当前来访用户分配一个唯一的session ID。并且在session生命周期结束的时候，将用户在此周期产生的session数据持久到session文件中。用户再次访问的时候，session初始化函数，又会从session文件中读取session数据，开始新的session生命周期。

php.ini中与Session相关的设置：

1. session.save_handler = file 用于读取/回写session数据的方式，默认是files。它会让PHP的session管理函数使用指定的文本文件存储session数据
2. session.save_path = “/var/lib/php/session” 指定保存session文件的目录，可以指定到别的目录，但是指定目录必须要有httpd守护进程属主(比如apache或www等)写权限，否则无法回存session数据。当指定目录不存在时，php session环境初始化函数是不会帮你创建指定目录的，所以需要你手工建立指定目录。它还可以写成这样session.save_path = “N;/path” 其中N是整数。这样使得不是所有的session文件都保存在同一个目录中，而是分散在不同目录。这对于服务器处理大量session文件是很有帮助的。（注:目录需要自己手工创建）
3. session.auto_start = 0 如果启用该选项，用户的每次请求都会初始化session。我们推荐不启用该设置，最好通过session_start()显示地初始化session。

Session相关PHP函数和事件

1. session_start() 函数session_start会初始化session，也标识着session生命周期的开始。要使用session，必须初始化一个session环境。有点类似于OOP概念中调用构造函数构创建对象实例一样。session初始化操作，声明一个全局数组$_SESSION，映射寄存在内存的session数据。如果session文件已经存在，并且保存有session数据，session_start()则会读取session数据，填入$_SESSION中，开始一个新的session生命周期。
2. $_SESSION 它是一个全局变量，类型是Array，映射了session生命周期的session数据，寄存在内存中。在session初始化的时候，从session文件中读取数据，填入该变量中。在session生命周期结束时，将$_SESSION数据写回session文件。
3. session_register() 在session生命周期内，使用全局变量名称将注全局变量注册到当前session中。所谓注册，就是将变量填入$_SESSION中，值为NULL。它不会对session文件进行任何IO操作，只是影响$_SESSION变量。注意，它的正确写法是session_register(‘varname’)，而不是session_register($varname)
4. session_unregister() 与session_register操作正好相反，即在session生命周期，从当前session注销指定变量。同样只影响$_SESSION，并不进行任何IO操作。
5. session_unset() 在session生命周期，从当前session中注销全部session数据，让$_SESSION成为一个空数组。它与unset($_SESSION)的区别在于:unset直接删除$_SESSION变量，释放内存资源;另一个区别在于，session_unset()仅在session生命周期能够操作$_SESSION数组，而unset()则在整个页面(page)生命周期都能操作$_SESSION数组。session_unset()同样不进行任何IO操作，只影响$_SESSION数组。
6. session_destroy() 如果说session_start()初始化一个session的话，而它则注销一个session。意味着session生命周期结束了。在session生命周期结整后，session_register, session_unset, session_register都将不能操作$_SESSION数组，而$_SESSION数组依然可以被unset()等函数操作。这时，session意味着是未定义的，而$_SESSION依然是一个全局变量，他们脱离了关映射关系。
   通过session_destroy()注销session,除了结束session生命周期外，它还会删除sesion文件，但不会影响当前$_SESSION变量。即它会产生一个IO操作。
7. session_regenerate_id() 调用它，会给当前用户重新分配一个新的session id。并且在结束当前页面生命周期的时候，将当前session数据写入session文件。前提是，调用此函数之前，当前session生命周期没有被终止（参考第9点）。它会产生一个IO操作，创建一个新的session文件，创建新的session文件的是在session结束之前，而不是调用此函数就立即创建新的session文件。
8. session_commit() session_commit()函数是session_write_close()函数的别名。它会结束当前session的生命周期，并且将session数据立即强制写入session文件。不推荐通过session_commit()来手工写入session数据，因为PHP会在页面生命周期结束的时候，自动结束当前没有终止的session生命周期。它会产生一个IO写操作。
9. end session 结束session，默认是在页面生命周期结束的之前，PHP会自动结束当前没有终止的session。但是还可以通过session_commit()与session_destroy()二个函数提前结束session。不管是哪种方式，结束session都会产生IO操作，分别不一样。默认情况，产生一个IO写操作，将当前session数据写回session文件。session_commit()则是调用该函数那刻，产生一个IO写操作，将session数据写回session文件。而session_destroy()不一样在于，它不会将数据写回session文件，而是直接删除当前session文件。有趣的是，不管是session_commit()，还是session_destroy()都不会清空$_SESSION数组，更不会删除$_SESSION数组，只是所有session_*函数不能再操作session数据，因为当前的session生命周期终止了，即不能操作一个未定义对象。

Session ID 是如何传递的？

session终究是因为管理用户状态信息才存在的。session id是用户表明身份的一种标识，就像入场券一样。用户一旦从被分配了session id之后的每次访问（http请求）都会携带这个session id给服务端，用于加载该用户的session数据。

用户端与服务端的web通信协议是http。而PHP通过http取得用户数据惯用的三种方法分别是:POST方法、GET方法还有Cookie。而PHP默认传递方法正是Cookie，也是最佳方法。只有在客户端不支持Cookie的时候（浏览器禁用了Cookie功能）才会通过GET方法来传递session_id，即通过在URL的query_string部分传递session id。

确定了传递方法，我们还有必要清楚一下session id的传递过程。用户通过浏览器访问网页，将URL输入地址栏回车，浏览器发出请求，在调用sockect send之前浏览器引擎会搜索有效的Cookies记录封装在http请求头的Cookie字段一同发送出去。服务端器接收到请求后，交给PHP处理。这时session初始化函数如果在$_COOKIE中没有找到以session_name()作为键值存储的生素（值为session id），则会以为用户是第一次访问web。作为第一次访问的用户，session初始化函数总会随机生成一个session_id并且通过setcookie()函数调用将新生成的session_id以”sesseson_name = session_id”的格式填入http响应头Set-Cookie字段，发送给客户端（这样接下来的请求，http请求头Cookie字段都会携带该Cookie记录给web服务器）。如果初始化函数发现用户端Cookies中已定义了存在$_COOKIE[‘sess_name’]，则会加载与$_COOKIE[‘sess_name’]相对应的session文件($_COOKIE[‘sess_name’]就是session ID)。如果用户Cookie记录过期，则会被浏览器删除。之后的下一次请求，服务器会以为用户又是第一次访问，如此循环。

php.ini中Session ID 相关设置

1. session.use_cookie = 1 是否采用Cookie方法传递session id值。默认是1，表示启用。
2. session.name = PHPSESSID 不管是Cookie传递sessioin_id，还是GET方法传递session_id，都需要使用键值。他们的格式分别是Cookie:  sess_name=session_id;和/path.php?sess_name=session_id，其中sess_name就是由这里指定的。
3. session.use_only_cookies = 0 表示只使用Cookie 的方法传递session id。我们说过，传递cookie的方法，除了cookie，还有GET方法，GET方法是不安全的方法。在用户端禁用了cookie的时候，会采用GET方法传递session_id，可以通过这个设置禁用GET方法传递session_id。
4. session.cookie_lifetime = 0, session.cookie_path = / 以及session.cookie_domain = 如果使用Cookie方法传递session_id的话，这里分别指定了cookie有效域、目录和时间。分别对应setcookie()函数的形参$expire、$path和$domain。其中cookie_lifetime=0表示直到关闭浏览器才删除Cookie。还可以使用session_set_cookie_params()函数修改这些值。
5. session_name([string $name]) 获取或更新session_name。如果传了name，则表示不使用默认的名称PHPSESSID(由session.name)指定，否则获取当前session_name。注意:如果设置session_name，则必须在session_start()之前调用才生效。
6. session_id([string $id]) 与session_name()类似，但它是读取或者设置session_id的方法。同样，设置session_id的话，必须在session_start()之前调用才有效。
7. session_set_cookie_params()和session_get_cookie_params() 通过session_set_cookie_params()可以重新设定session.cookie_lifetime, session.cookie_path以及session.cookie_domain这三个php.ini设置。而session_get_cookie_params()则是获取这些设定的值。

Session的回收

我们知道session数据存放在服务端指定的session.save_path目录中，同时会在用户端存放一条Cookie用以记录分配给用户的session id。所以，session数据失效分服务端和客户端，要删除(回收)的对象也很清楚：

1. 服务端：删除过期的session文件，启动PHP GC回收。
2. 用户端：使存储了过期session_id的用户端Cookie记录过期。通过将Cookie的Expire设置为负值，要求客户端删除Cookie。

服务端:删除过期的session文件

PHP GC进程被启动以后，则会扫描session.save_path，找出过期的session，并删除该session文件。所谓，过期的session，是指操作系统当前时间与session文件最后访问时间之差大于session.gc_maxlifetime的话，该session认为是过期了。注意:有时候，你会发现，即便是文件过期了，有可能也没有被及时地删除掉。这是因为，每次session初始化的时候，并不会都启动PHP GC进程的，启动GC进程会大大降低php的运行效率。所有一个启动概率，这个概率由php.ini设定session.gc_probability / session.gc_divisor二个设置决定，默认概率是1%(1/1000)。这意味着，每1000次用户请求中,会启动1次PHP GC回收session文件。

客户端:删除过期session id的cookie记录

如果用户发现session已经过期，但是服务端的GC还没有启动，服务端可以手通过手工代码setcookie的方式要求用户端浏览器删除键值为session_name()的Cookie记录。这样，下回访问的时候，浏览器以为用户是第一次访问，并且重新给访问用户分配一个新的session_id。

php.ini中与session相关的设置

1. session.gc_probability和session.gc_divisor 由这二个函数决定了启用GC的概率,默认是1/1000。也就是说每一千次用户请求中有一次会启动GC回收session。启动GC进程不宜过于频繁。上面的例子我们可以看到它会每次检查session.save_path目录下每个文件的状态。这样会降低php的执行效率。
2. session.gc_maxlifetime = 1440 设置session存活时间，单位是秒。每次GC启动后, 会通过stat得到session文件最后访问的unix时间,通过现在时间减去文件最后访问时间之间大于session.gc_maxlifetime则会删除该文件。

参考资料：PHP5 Session解析I 和 PHP5 Session解析II 

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