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Java实现分布式Session的Token方案

蓮花仙者

发布： 2025-07-08 14:43:01

原创

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分布式系统中解决session共享问题的方法是采用token方案。1. 用户登录验证后，服务器生成包含用户id、过期时间和签名的token；2. 服务器将token返回客户端，客户端存储于cookie、localstorage或sessionstorage；3. 每次请求时客户端携带token，服务器验证其有效性，包括检查过期时间、签名正确性及可选的吊销状态；4. 验证通过后，服务器根据token信息授权访问。token方案的优势为无状态、跨域支持和安全性，劣势包括长度较长、吊销困难和密钥泄露风险。存储方式选择上，cookie更安全但易受csrf攻击，localstorage和sessionstorage适合大容量但易受xss攻击。token刷新机制可通过滑动过期或refresh token实现，后者需生成长期有效的refresh token用于换取新token。防止篡改依赖签名算法如hmac、rsa或ecdsa，结合加密提升安全性。

Java实现分布式Session的Token方案

在分布式系统中，由于服务被部署在多个节点上，传统的Session机制无法跨服务器共享，因此需要一种分布式Session的解决方案。Token方案是一种常见的选择，它通过在客户端存储一个令牌（Token），并在每次请求时携带该令牌，服务器验证令牌的有效性来维持会话状态。

解决方案

用户登录验证： 用户提交用户名和密码进行登录。

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生成Token： 验证成功后，服务器生成一个Token。这个Token通常包含用户ID、过期时间、以及一些防止篡改的信息，例如使用HMAC算法进行签名。

import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import io.jsonwebtoken.security.Keys;

import java.security.Key;
import java.util.Date;
import java.util.UUID;

public class TokenGenerator {

    private static final Key SECRET_KEY = Keys.secretKeyFor(SignatureAlgorithm.HS256); // 实际应用中应使用更安全的密钥管理

    public static String generateToken(String userId) {
        Date now = new Date();
        Date expiryDate = new Date(now.getTime() + 3600000); // Token有效期设置为1小时

        return Jwts.builder()
                .setId(UUID.randomUUID().toString())
                .setSubject(userId)
                .setIssuedAt(now)
                .setExpiration(expiryDate)
                .signWith(SECRET_KEY)
                .compact();
    }

    public static String getUserIdFromToken(String token) {
        return Jwts.parserBuilder()
                .setSigningKey(SECRET_KEY)
                .build()
                .parseClaimsJws(token)
                .getBody()
                .getSubject();
    }

    public static boolean validateToken(String token) {
        try {
            Jwts.parserBuilder().setSigningKey(SECRET_KEY).build().parseClaimsJws(token);
            return true;
        } catch (Exception e) {
            // Token验证失败，例如过期、签名错误等
            return false;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String userId = "user123";
        String token = generateToken(userId);
        System.out.println("Generated Token: " + token);

        String extractedUserId = getUserIdFromToken(token);
        System.out.println("User ID from Token: " + extractedUserId);

        boolean isValid = validateToken(token);
        System.out.println("Token is valid: " + isValid);
    }
}

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返回Token： 服务器将生成的Token返回给客户端。
客户端存储Token： 客户端将Token存储在Cookie、LocalStorage或SessionStorage中，具体选择取决于安全性和需求。
请求携带Token： 客户端在每次发起请求时，将Token放在请求头（Authorization）或请求体中。
服务器验证Token： 服务器接收到请求后，从请求头或请求体中提取Token，并验证其有效性。验证包括：
- 检查Token是否过期。
- 验证Token的签名是否正确。
- （可选）查询Redis或其他缓存，确认Token是否被吊销。
授权访问： 如果Token验证通过，服务器根据Token中包含的用户ID或其他信息，授予用户访问权限。

Token方案的优势：

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无状态： 服务器不需要存储Session信息，减轻了服务器的负担，易于扩展。
跨域： Token可以跨域使用，方便构建分布式系统。
安全性： 通过签名和加密，可以防止Token被篡改。

Token方案的劣势：

Token长度： Token的长度相对较长，可能会增加网络传输的负担。
Token吊销： Token一旦生成，在过期之前都是有效的。如果需要吊销Token，需要额外的机制，例如使用Redis存储已吊销的Token。
安全性： 如果密钥泄露，Token将被伪造。

如何选择合适的Token存储方式？Cookie vs. LocalStorage vs. SessionStorage

选择哪种Token存储方式取决于具体的应用场景和安全需求。

Cookie： 可以设置HttpOnly属性，防止客户端脚本访问Cookie，提高安全性。Cookie可以设置过期时间，并且可以自动在每次请求时发送到服务器。但是，Cookie的大小有限制，并且容易受到CSRF攻击。
LocalStorage： 可以存储大量数据，并且不会自动发送到服务器，可以减少网络传输的负担。但是，LocalStorage容易受到XSS攻击，因为客户端脚本可以访问LocalStorage中的数据。
SessionStorage： 与LocalStorage类似，但是SessionStorage只在当前会话中有效，当浏览器关闭时，SessionStorage中的数据会被清除。SessionStorage也容易受到XSS攻击。

一般来说，如果对安全性要求较高，建议使用HttpOnly Cookie存储Token。如果对存储空间有要求，并且可以接受一定的安全风险，可以使用LocalStorage或SessionStorage存储Token。

如何实现Token的刷新机制？

Token的刷新机制可以延长用户的会话时间，避免用户频繁登录。常见的Token刷新机制有两种：

滑动过期： 每次用户访问服务器时，服务器都会更新Token的过期时间。这样，只要用户持续访问服务器，Token就会一直有效。
Refresh Token： 服务器在生成Token的同时，还会生成一个Refresh Token。Refresh Token的过期时间比Token长。当Token过期时，客户端可以使用Refresh Token向服务器申请新的Token。

滑动过期实现：

public String refreshToken(String token) {
    if (!validateToken(token)) {
        return null; // Token 无效
    }

    String userId = getUserIdFromToken(token);
    return generateToken(userId); // 生成新的 Token
}

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Refresh Token实现：