IM开发基础知识补课(四)：正确理解HTTP短连接中的Cookie、Session和Token

本文引用了简书作者“骑小猪看流星”技术文章“Cookie、Session、Token那点事儿”的部分内容，感谢原作者。

1、前言

众所周之，IM是个典型的快速数据流交换系统，当今主流IM系统（尤其移动端IM）的数据流交换方式都是Http短连接+TCP或UDP长连接来实现。Http短连接主要用于从服务器读取各种持久化信息：比如用户信息、聊天历史记录、好友列表等等，长连接则是用于实时的聊天消息或指令的接收和发送。

作为IM系统中不可或缺的技术，Http短连的重要性无可替代，但Http作为传统互联网信息交换技术，一些典型的概念比如：Cookie、Session、Token，对于IM新手程序员来说并不容易理解。鉴于Http短连接在IM系统中的重要性，如何正确地理解Cookie、Session、Token这样的东西，决定了您的技术方案能否找到最佳实践。本文将从基础上讲解这3者的原理、用途以及正确地应用场景。

题外话：本文讨论的使用Http短连接的话题可能并不适用于微信这样的IM，因为微信的短连接并非使用Http标准协议实现，而是基于自研的Mars网络层框架再造了一套短连接机制，从而更适用于IM这种场景（更低延迟、更省流量、更好的弱网适应算法等），详情请见《如约而至：微信自用的移动端IM网络层跨平台组件库Mars已正式开源》。当然，Mars虽好，但不一定适合您的团队，因为定制的方案相较于标准通用方案来说，没有强大的技术实力，还是不太容易掌控的了的。

文章：《移动端IM开发者必读(一)：通俗易懂，理解移动网络的“弱”和“慢”》、《移动端IM开发者必读(二)：史上最全移动弱网络优化方法总结》、《现代移动端网络短连接的优化手段总结：请求速度、弱网适应、安全保障》详述了现今移动网络下http短连接的网络层技术问题，有助于更好地理解本文，有兴趣的话也推荐读一读。

小白必读：如果本文对你来说有点枯燥，那么读这篇吧：《小白必读：闲话HTTP短连接中的Session和Token》。

2、系列文章

▼ IM开发干货系列文章（本文是其第13篇）：

• 《IM消息送达保证机制实现(一)：保证在线实时消息的可靠投递》
• 《IM消息送达保证机制实现(二)：保证离线消息的可靠投递》
• 《如何保证IM实时消息的“时序性”与“一致性”？》
• 《IM单聊和群聊中的在线状态同步应该用“推”还是“拉”？》
• 《IM群聊消息如此复杂，如何保证不丢不重？》
• 《一种Android端IM智能心跳算法的设计与实现探讨（含样例代码）》
• 《移动端IM登录时拉取数据如何作到省流量？》
• 《通俗易懂：基于集群的移动端IM接入层负载均衡方案分享》
• 《浅谈移动端IM的多点登陆和消息漫游原理》
• 《IM开发基础知识补课(一)：正确理解前置HTTP SSO单点登陆接口的原理》
• 《IM开发基础知识补课(二)：如何设计大量图片文件的服务端存储架构？》
• 《IM开发基础知识补课(三)：快速理解服务端数据库读写分离原理及实践建议》
• 《IM开发基础知识补课(四)：正确理解HTTP短连接中的Cookie、Session和Token》（本文）
• 《IM群聊消息的已读回执功能该怎么实现？》
• 《IM群聊消息究竟是存1份(即扩散读)还是存多份(即扩散写)？》
• 《IM开发基础知识补课(五)：通俗易懂，正确理解并用好MQ消息队列》
• 《一个低成本确保IM消息时序的方法探讨》
• 《IM开发基础知识补课(六)：数据库用NoSQL还是SQL？读这篇就够了！》
• 《IM里“附近的人”功能实现原理是什么？如何高效率地实现它？》
• 《IM开发基础知识补课(七)：主流移动端账号登录方式的原理及设计思路》
• 《IM开发基础知识补课(八)：史上最通俗，彻底搞懂字符乱码问题的本质》
• 《IM的扫码登功能如何实现？一文搞懂主流应用的扫码登陆技术原理》
  

如果您是IM开发初学者，强烈建议首先阅读《新手入门一篇就够：从零开发移动端IM》。

3、什么是Cookie？

Cookie 技术产生源于 HTTP 协议在互联网上的急速发展。随着互联网时代的策马奔腾，带宽等限制不存在了，人们需要更复杂的互联网交互活动，就必须同服务器保持活动状态（简称：保活）。于是，在浏览器发展初期，为了适应用户的需求技术上推出了各种保持 Web 浏览状态的手段，其中就包括了 Cookie 技术。Cookie 在计算机中是个存储在浏览器目录中的文本文件，当浏览器运行时，存储在 RAM 中发挥作用 （此种 Cookies 称作 Session Cookies），一旦用户从该网站或服务器退出，Cookie 可存储在用户本地的硬盘上 （此种 Cookies 称作 Persistent Cookies）。

Cookie 起源：1993 年，网景公司雇员 Lou Montulli 为了让用户在访问某网站时，进一步提高访问速度，同时也为了进一步实现个人化网络，发明了今天广泛使用的 Cookie。（所以，适当的偷懒也会促进人类计算机发展史的一小步~）

Cookie时效性：目前有些 Cookie 是临时的，有些则是持续的。临时的 Cookie 只在浏览器上保存一段规定的时间，一旦超过规定的时间，该 Cookie 就会被系统清除。

Cookie使用限制：Cookie 必须在 HTML 文件的内容输出之前设置；不同的浏览器 (Netscape Navigator、Internet Explorer) 对 Cookie 的处理不一致，使用时一定要考虑；客户端用户如果设置禁止 Cookie，则 Cookie 不能建立。 并且在客户端，一个浏览器能创建的 Cookie 数量最多为 300 个，并且每个不能超过 4KB，每个 Web 站点能设置的 Cookie 总数不能超过 20 个。

执行流程：

• A：首先，客户端会发送一个http请求到服务器端；
• B： 服务器端接受客户端请求后，发送一个http响应到客户端，这个响应头，其中就包含Set-Cookie头部；
• C：在客户端发起的第二次请求（注意：如果服务器需要我们带上Cookie，我们就需要在B步骤上面拿到这个Cookie然后作为请求头一起发起第二次请求），提供给了服务器端可以用来唯一标识客户端身份的信息。这时，服务器端也就可以判断客户端是否启用了cookies。尽管，用户可能在和应用程序交互的过程中突然禁用cookies的使用，但是，这个情况基本是不太可能发生的，所以可以不加以考虑，这在实践中也被证明是对的。
  

为了方便理解，可以先看下这张流程执行图加深概念：


那么，在浏览器上面的请求头和Cookie在那？下图给大家截取了其中一种：

4、Cookie 和 Session

众所周知，HTTP 是一个无状态协议，所以客户端每次发出请求时，下一次请求无法得知上一次请求所包含的状态数据，如何能把一个用户的状态数据关联起来呢？

比如在淘宝的某个页面中，你进行了登陆操作。当你跳转到商品页时，服务端如何知道你是已经登陆的状态？

5、关于Session

Cookie 虽然很方便，但是使用 Cookie 有一个很大的弊端，Cookie 中的所有数据在客户端就可以被修改，数据非常容易被伪造，那么一些重要的数据就不能存放在 Cookie 中了，而且如果 Cookie 中数据字段太多会影响传输效率。为了解决这些问题，就产生了 Session，Session 中的数据是保留在服务器端的。

总之：Session是对于服务端来说的，客户端是没有Session一说的。Session是服务器在和客户端建立连接时添加客户端连接标志，最终会在服务器软件（Apache、Tomcat、JBoss）转化为一个临时Cookie发送给给客户端，当客户端第一请求时服务器会检查是否携带了这个Session（临时Cookie），如果没有则会添加Session，如果有就拿出这个Session来做相关操作。

Session 的运作通过一个session_id来进行。session_id通常是存放在客户端的 Cookie 中，比如在 express 中（说的是Nodejs），默认是connect.sid这个字段，当请求到来时，服务端检查 Cookie 中保存的 session_id 并通过这个 session_id 与服务器端的 Session data 关联起来，进行数据的保存和修改。

这意思就是说，当你浏览一个网页时，服务端随机产生一个 1024 比特长的字符串，然后存在你 Cookie 中的connect.sid字段中。当你下次访问时，Cookie 会带有这个字符串，然后浏览器就知道你是上次访问过的某某某，然后从服务器的存储中取出上次记录在你身上的数据。由于字符串是随机产生的，而且位数足够多，所以也不担心有人能够伪造。伪造成功的概率比坐在家里编程时被邻居家的狗突然闯入并咬死的几率还低。

一个完整的Cookie+Session应用过程如下图所示：


Session 可以存放在：

• 1）内存；
• 2）Cookie本身；
• 3）redis 或 memcached 等缓存中；
• 4）数据库中。
  

线上来说，缓存的方案比较常见，存数据库的话，查询效率相比前三者都太低，不推荐；Cookie Session 有安全性问题，下面会提到。

传统的身份验证方法从最早的Cookie到Session以及给Session Cookie做个加密，接下来我们来看看Token认证。

6、什么是Token？

6.1Token的起源

诸如Ember，Angular，Backbone之类的Web前端框架类库正随着更加精细的Web应用而日益壮大。正因如此，服务器端的组建也正正在从传统的任务中解脱，转而变的更像API。API使得传统的前端和后端的概念解耦。开发者可以脱离前端，独立的开发后端，在测试上获得更大的便利。这种途径也使得一个移动应用和网页应用可以使用相同的后端。

当使用一个API时，其中一个挑战就是认证（authentication）。在传统的web应用中，服务端成功的返回一个响应（response）依赖于两件事。一是，他通过一种存储机制保存了会话信息（Session）。每一个会话都有它独特的信息（id），常常是一个长的，随机化的字符串，它被用来让未来的请求（Request）检索信息。其次，包含在响应头（Header）里面的信息使客户端保存了一个Cookie。服务器自动的在每个子请求里面加上了会话ID，这使得服务器可以通过检索Session中的信息来辨别用户。这就是传统的web应用逃避HTTP面向无连接的方法（This is how traditional web applications get around the fact that HTTP is stateless）。

API应该被设计成无状态的（Stateless）。这意味着没有登陆，注销的方法，也没有sessions，API的设计者同样也不能依赖Cookie，因为不能保证这些request是由浏览器所发出的。自然，我们需要一个新的机制。Token这种东西就应运而生了。

6.2Token是什么

token是用户身份的验证方式，我们通常叫它：令牌。最简单的token组成:uid(用户唯一的身份标识)、time(当前时间的时间戳)、sign(签名，由token的前几位+盐以哈希算法压缩成一定长的十六进制字符串，可以防止恶意第三方拼接token请求服务器)。还可以把不变的参数也放进token，避免多次查库。

我们可以把Token想象成一个安全的护照。你在一个安全的前台验证你的身份（通过你的用户名和密码），如果你成功验证了自己，你就可以取得这个。当你走进大楼的时候（试图从调用API获取资源），你会被要求验证你的护照，而不是在前台重新验证。

简单来说，就像下图这样：

6.3Token的应用场景

Token的使用流程：

• A：当用户首次登录成功（注册也是一种可以适用的场景）之后, 服务器端就会生成一个 token 值，这个值，会在服务器保存token值(保存在数据库中)，再将这个token值返回给客户端；
• B：客户端拿到 token 值之后,进行本地保存。（SP存储是大家能够比较支持和易于理解操作的存储）；
• C：当客户端再次发送网络请求(一般不是登录请求)的时候,就会将这个 token 值附带到参数中发送给服务器；
• D：服务器接收到客户端的请求之后,会取出token值与保存在本地(数据库)中的token值做对比。
  

Token的身份认证逻辑：

• 对比一：如果两个 token 值相同， 说明用户登录成功过!当前用户处于登录状态！
• 对比二：如果没有这个 token 值, 则说明没有登录成功；
• 对比三：如果 token 值不同: 说明原来的登录信息已经失效,让用户重新登录。
  

6.4Token的安全性

我们可以保存认证过的Token记录在服务器上，来添加一个附加的安全层，然后在每一步验证Token的时候验证这个记录（比如每次客户端请求API时检查这个Token的合法性）。这将会阻止第三方伪装一个Token，也将会使得服务器可以失效一个Token。

7、Cookie和Session的区别小结

• 1）cookie数据存放在客户的浏览器上，session数据放在服务器上；
• 2）cookie不是很安全，别人可以分析存放在本地的cookie并进行cookie欺骗,考虑到安全应当使用session；
• 3）session会在一定时间内保存在服务器上。当访问增多，会比较占用你服务器的性能,考虑到减轻服务器性能方面，应当使用cookie；
• 4）单个cookie保存的数据不能超过4K，很多浏览器都限制一个站点最多保存20个cookie。
  

所以个人建议：

• 将登陆信息等重要信息存放为session；
• 其他信息如果需要保留，可以放在cookie中。
  

8、Token 和 Session 的区别小结

Session和 token并不矛盾，作为身份认证token安全性比Session好，因为每个请求都有签名还能防止监听以及重放攻击，而Session就必须靠链路层来保障通讯安全了。如上所说，如果你需要实现有状态的会话，仍然可以增加session来在服务器端保存一些状态

App通常用restful api跟server打交道。Rest是stateless的，也就是app不需要像browser那样用cookie来保存Session,因此用Session token来标示自己就够了，session/state由api server的逻辑处理。如果你的后端不是stateless的rest api,那么你可能需要在app里保存Session.可以在app里嵌入webkit,用一个隐藏的browser来管理cookie Session.

Session是一种HTTP存储机制，目的是为无状态的HTTP提供的持久机制。所谓Session认证只是简单的把User信息存储到Session里，因为SID的不可预测性，暂且认为是安全的。这是一种认证手段。而Token，如果指的是OAuth Token或类似的机制的话，提供的是 认证 和 授权 ，认证是针对用户，授权是针对App。其目的是让 某App有权利访问 某用户 的信息。这里的Token是唯一的。不可以转移到其它App上，也不可以转到其它 用户 上。转过来说Session。Session只提供一种简单的认证，即有此SID，即认为有此User的全部权利。是需要严格保密的，这个数据应该只保存在站方，不应该共享给其它网站或者第三方App。所以简单来说，如果你的用户数据可能需要和第三方共享，或者允许第三方调用API接口，用Token。如果永远只是自己的网站，自己的App，用什么就无所谓了。

Token就是令牌，比如你授权（登录）一个程序时，他就是个依据，判断你是否已经授权该软件；cookie就是写在客户端的一个txt文件，里面包括你登录信息之类的，这样你下次在登录某个网站，就会自动调用cookie自动登录用户名；session和cookie差不多，只是Session是写在服务器端的文件，也需要在客户端写入cookie文件，但是文件里是你的浏览器编号。Session的状态是存储在服务器端，客户端只有Session id；而Token的状态是存储在客户端。

附录：更多IM技术文章

[1] 有关IM安全的文章：
《即时通讯安全篇（一）：正确地理解和使用Android端加密算法》
《即时通讯安全篇（二）：探讨组合加密算法在IM中的应用》
《即时通讯安全篇（三）：常用加解密算法与通讯安全讲解》
《即时通讯安全篇（四）：实例分析Android中密钥硬编码的风险》
《即时通讯安全篇（五）：对称加密技术在Android平台上的应用实践》
《即时通讯安全篇（六）：非对称加密技术的原理与应用实践》
《传输层安全协议SSL/TLS的Java平台实现简介和Demo演示》
《理论联系实际：一套典型的IM通信协议设计详解（含安全层设计）》
《微信新一代通信安全解决方案：基于TLS1.3的MMTLS详解》
《来自阿里OpenIM：打造安全可靠即时通讯服务的技术实践分享》
《简述实时音视频聊天中端到端加密（E2EE）的工作原理》
《移动端安全通信的利器——端到端加密（E2EE）技术详解》
《Web端即时通讯安全：跨站点WebSocket劫持漏洞详解(含示例代码)》
《通俗易懂：一篇掌握即时通讯的消息传输安全原理》
>> 更多同类文章 ……

[2] 有关IM架构设计的文章：
《浅谈IM系统的架构设计》
《简述移动端IM开发的那些坑：架构设计、通信协议和客户端》
《一套海量在线用户的移动端IM架构设计实践分享(含详细图文)》
《一套原创分布式即时通讯(IM)系统理论架构方案》
《从零到卓越：京东客服即时通讯系统的技术架构演进历程》
《蘑菇街即时通讯/IM服务器开发之架构选择》
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《微信后台基于时间序的海量数据冷热分级架构设计实践》
《微信技术总监谈架构：微信之道——大道至简(演讲全文)》
《如何解读《微信技术总监谈架构：微信之道——大道至简》》
《快速裂变：见证微信强大后台架构从0到1的演进历程（一）》
《17年的实践：腾讯海量产品的技术方法论》
《移动端IM中大规模群消息的推送如何保证效率、实时性？》
《现代IM系统中聊天消息的同步和存储方案探讨》
《IM开发基础知识补课(二)：如何设计大量图片文件的服务端存储架构？》
《IM开发基础知识补课(三)：快速理解服务端数据库读写分离原理及实践建议》
《IM开发基础知识补课(四)：正确理解HTTP短连接中的Cookie、Session和Token》
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[3] IM开发综合文章：
《从客户端的角度来谈谈移动端IM的消息可靠性和送达机制》
《现代移动端网络短连接的优化手段总结：请求速度、弱网适应、安全保障》
《腾讯技术分享：社交网络图片的带宽压缩技术演进之路》
《IM开发基础知识补课：正确理解前置HTTP SSO单点登陆接口的原理》
《移动端IM中大规模群消息的推送如何保证效率、实时性？》
《移动端IM开发需要面对的技术问题》
《开发IM是自己设计协议用字节流好还是字符流好？》
《请问有人知道语音留言聊天的主流实现方式吗？》
《IM消息送达保证机制实现(一)：保证在线实时消息的可靠投递》
《IM消息送达保证机制实现(二)：保证离线消息的可靠投递》
《如何保证IM实时消息的“时序性”与“一致性”？》
《一个低成本确保IM消息时序的方法探讨》
《IM单聊和群聊中的在线状态同步应该用“推”还是“拉”？》
《IM群聊消息如此复杂，如何保证不丢不重？》
《谈谈移动端 IM 开发中登录请求的优化》
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《完全自已开发的IM该如何设计“失败重试”机制？》
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《即时通讯系统的原理、技术和应用（技术论文）》
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现在都要追求微服务，session这种东西应该很少用了，尤其分布式系统里都是用token比较多..... 看看那些第3方API接口，包括微信公众号、小程序，都是这样实现的。所以token是个好东西，无状态、客户端使用简单、服务端微服务的身份认证也变的简单了

刚工作那会，被Session这些概念搞的灰头土脸，
谢谢群主的总结和分享，收藏了

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不错哦

伪造成功的概率比坐在家里编程时被邻居家的狗突然闯入并咬死的几率还低。 确实低 哈哈

引用：integrity 发表于 2018-08-21 16:51
伪造成功的概率比坐在家里编程时被邻居家的狗突然闯入并咬死的几率还低。 确实低 哈哈

安全这个东西99.99%的时候没有任何问题，就怕那%0.01的情况被人钻空子

几个疑问，
1 如果把token存在cookie里是不是就相当于session？还是说session带有更多user状态信息？token只能凭借token里的userid去执行业务代码？sessionid和浏览器编号是啥关系？
2 token如何避免重放攻击？除非本地生成唯一id和token一起上传并要求服务器算法校验，否则我把token放到其他的http client上发起请求不是一样可以？
3 token是应该和客户端绑定吗？比如用户从不同的设备登录生成不同的token，有些产品会让其他token失效，有些可以共存，这个问题怎么看待？

一定要喝 http://www.52im.net/thread-1686-1-1.html  这篇一起看

引用：elan 发表于 2019-11-25 18:19
一定要喝 http://www.52im.net/thread-1686-1-1.html  这篇一起看

嗯嗯