ASP.NET 中 Session 实现原理浅析 [2] 状态管理

状态管理本来是一件很美好的事情，嘿嘿，只可惜总是有些厂商在实现的时候考虑得不那么周全。例如MS在ASP中的状态管理实现就比较烂，因为只实现了一个进程内的基于内存的状态管理，故而存在很多问题：

1.所有的Session数据都保存在Web服务的进程中，会造成服务器支持会话数量受到服务器内存资源的限制问题，同时也因为大量非活动会话导致内存被无效占用。
2.服务器进程崩溃会导致所有的会话数据丢失。
3.会话无法跨进程或在负载均衡情况下使用，除非负载均衡技术保障同一用户每次都能被路由到同一机器上。就算这样也无法保障服务器崩溃造成的会话数据丢失。
4.需要Cookie的支持，而现在因为安全性问题，很多人在浏览器中关闭了Cookie和js的支持。

为此ASP的使用者不得不自己手工将会话信息以会话ID为主键同步到外部数据库中，以缓解类似问题。

而在ASP.NET中，因为设计时就考虑了这些问题，能够避免这些限制：

1.支持进程外的状态管理，通过独立状态管理服务或SQLServer状态服务器管理会话状态
2.支持不使用Cookie的状态维护，通过在URL中自动增加会话ID来避免使用Cookie
3.通过独立的状态管理服务或SQLServer状态服务器支持负载均衡时同步使用会话信息

实现这些特性的正是上节提到的 SessionStateModule .InitModuleFromConfig函数中，根据 sessionState 标记的mode属性选择的四种不同的状态管理器实现。

< system .web > < sessionState mode ="InProc" stateConnectionString ="tcpip=127.0.0.1:42424" stateNetworkTimeout ="10" sqlConnectionString ="datasource=127.0.0.1;IntegratedSecurity=SSPI" cookieless ="false" timeout ="20" /> </ system.web >

Off模式禁止会话管理，同时ASP.NET还允许通过在页面中以EnableSessionState属性细粒度管理页面的会话支持状态

<% @PageEnableSessionState = " True|False|ReadOnly " %>

InProc模式兼容以前ASP的策略，在ASP.NET同一进程空间内实现基于内存的会话状态管理，速度最快但受到与ASP相同的限制；
StateServer模式通过ASP.NET独立安装的ASP.NETStateService服务(aspnet_state.exe)，以stateConnectionString指定的IP和端口响应会话状态服务；
SQLServer模式则通过sqlConnectionString指定的SQLServer服务器，以内存临时表(以InstallSqlState.sql建库，使用tempdb内存数据库）或独立表（以InstallPersistSqlState.sql监控，使用独立的ASPState库）维护会话状态。

这四种不同的状态管理器，在性能上据《PerformanceTuningandOptimizingASP.NETAppliation》一书的测试，相对值如下：

以下为引用： Table4-1:NormalizedTTLB(TimetoLastByte)bySessionStateMode(inMillisecondsper100Requests) CONCURRENTBROWSERSMODE=OFFMODE=INPROCMODE=STATESERVERMODE=SQLSERVER 17.814.548.278.47 528.2820.2527.2529.29 1089.3846.0877.2985.11 Table4-2:AverageRequestsperSecondbySessionStateMode CONCURRENTBROWSERSMODE=OFFMODE=INPROCMODE=STATESERVERMODE=SQLSERVER 118.8624.1718.3118.11 521.6625.7421.5421.34 1017.2323.818.1117.6

可以看到，无论是从TTLB还是每秒平均请求数来说，进程外状态管理器的性能都是可以令人接受的，当然还需要针对状态管理情况在编写代码时做相关优化。不过要使用进程外状态管理器，则保存在会话中的对象受到必须提高二进制序列化支持的限制。

从使用角度来看，状态管理器实际上都是由上节提到的HttpSessionModule建立管理，并通过HttpSessionState接口提供访问的，结构如下图：


MSDN上的 UnderpinningsoftheSessionStateImplementationinASP.NET 一文非常详细的解释了几种不同状态管理器的原理和使用，这儿就不罗嗦了。

从实现角度来看，上节中提到的 SessionStateModule .InitModuleFromConfig函数，根据配置文件中状态管理器的模式，分别建立System.Web.SessionState.InProcStateClientManager,System.Web.SessionState.OutOfProcStateClientManager和System.Web.SessionState.SqlStateClientManager三类状态管理器的实例。他们都继承自System.Web.SessionState.StateClientManager抽象基类，并通过System.Web.SessionState.IStateClientManager接口向HttpApplication提高状态管理服务。

IStateClientManager接口是状态管理器的统一管理接口，主要提供以下功能：

internal interface System.Web.SessionState.IStateClientManager.IStateClientManager { // 配置管理状态管理器 void ConfigInit(SessionStateSectionHandler.Configconfig,SessionOnEndTargetonEndTarget); // 保存SessionStateModule实例供后面使用 void SetStateModule(SessionStateModulemodule); void ResetTimeout( string id); void Dispose(); void Set( string id,SessionStateItemitem, bool inStorage); // 维护状态管理器内容 IAsyncResultBeginGet( string id,AsyncCallbackcb, object state); SessionStateItemEndGet(IAsyncResultar); IAsyncResultBeginGetExclusive( string id,AsyncCallbackcb, object state); SessionStateItemEndGetExclusive(IAsyncResultar); void ReleaseExclusive( string id, int lockCookie); }

ConfigInit方法主要在初始化状态管理器时通知其根据配置进行初始化工作，并将负责会话状态清除的SessionOnEndTarget对象实例绑定到会话管理器（我们后面讨论会话状态管理实现时详细讨论）。对OutOfProcStateClientManager和SqlStateClientManager来说，在此阶段还会初始化与外部服务器的连接，并通过一个System.Web.Util.ResourcePool实例，提供基于时间策略的资源池来维护连接；
ResetTimeout方法重置指定Session的超时时间；对InProcStateClientManager来说，这个超时时间是通过System.Web.Caching.CacheInternal类型实现的缓存对象来使用的;OutOfProcStateClientManager直接通过MakeRequest函数构造请求发给外部独立的状态管理器执行;SqlStateClientManager则调用存储过程TempResetTimeout更新ASPStateTempSessions表的过期时间Expires字段；
Dispose方法是否状态管理器的资源，落实到代码就是对OutOfProcStateClientManager和SqlStateClientManager中资源池的释放；

Set方法则将指定的SessionStateItem存储到id相关的会话数据中，并根据inStorage指定的对象状态，决定在发生异常的情况下是否释放对此会话的锁。与ResetTimeout的实现类似，OutOfProcStateClientManager发送请求给外部独立的状态管理器；SqlStateClientManager调用存储过程TempUpdateStateItemXXX更新会话状态表ASPStateTempSessions中的过期时间Expires字段、锁定状态Lock字段、以及状态信息SessionItemShort/SessionItemLong(分别保存7000字节以下或之上的数据)。如发生异常并设置inStorage标记，则先调用TempReleaseStateItemExclusive释放会话锁。

对状态管理器中数据的获取较为复杂，IStateClientManager接口使用的是异步调用的模式，并为提高效率将独占的获取数据单独拿出来。状态管理器实现类通过通用基类System.Web.SessionState.StateClientManager实现的几个工具方法，将数据获取操作异步化。再最终由实现类通过Get和GetExclusive方法完成操作。获取数据的方法InProcStateClientManager通过缓存；OutOfProcStateClientManager通过请求；SqlStateClientManager通过TempGetStateItemXXX存储过程完成。

在了解了 SessionStateModule 控制的状态服务器的实现和使用方法后，我们来看看上层的HttpSessionState是如何使用的。



MandeepSBhatia的 ASP.NETSessionManagementInternals 介绍了HttpSessionState内部完成状态信息管理的原理。HttpSessionState的Item属性实际上是通过SessionDictionary实例实现的。

public sealed class HttpSessionState: { private SessionDictionary_dict; public object this [ string name] { get { return _dict[name]; } set { _dict[name] = value; } } }

而此SessionDictionary实例与HttpSessionState实例的构造，都是在前面提到的完成会话构造的 SessionStateModule .CompleteAcquireState方法中完成的：

public sealed class SessionStateModule:IHttpModule { private string _rqId; private SessionDictionary_rqDict; private HttpStaticObjectsCollection_rqStaticObjects; // 静态对象，通过页面中<objectRunat="Server"Scope="Session"/>标记设置 private int _rqTimeout; private bool _rqIsNewSession; private bool _rqReadonly; private HttpContext_rqContext; private SessionStateItem_rqItem; private void CompleteAcquireState() { if (_rqItem != null ) { if (_rqItem.dict != null ) { _rqDict = _rqItem.dict; } else { _rqDict = new SessionDictionary(); } _rqStaticObjects = ((_rqItem.staticObjects != null ) ? _rqItem.staticObjects: _rqContext.Application.SessionStaticObjects.Clone()); _rqTimeout = _rqItem.timeout; _rqIsNewSession = false ; _rqInStorage = true ; _rqStreamLength = _rqItem.streamLength; } else { _rqDict = new SessionDictionary(); _rqStaticObjects = _rqContext.Application.SessionStaticObjects.Clone(); _rqTimeout = SessionStateModule.s_config._timeout; _rqIsNewSession = true ; _rqInStorage = false ; } _rqDict.Dirty = false ; _rqSessionState = new HttpSessionState(_rqId,_rqDict,_rqStaticObjects,_rqTimeout,_rqIsNewSession, SessionStateModule.s_config._isCookieless,SessionStateModule.s_config._mode,_rqReadonly); _rqContext.Items.Add( " AspSession " ,_rqSessionState); } }

这儿涉及到的几个字段，基本上都能跟HttpSessionState提供的公共属性对应起来。需要注意的是HttpSessionState.StaticObjects是通过ASP.NET页面上的<objectRunat="Server"Scope="Session"/>类似标记静态定义的；_rqReadonly则是前面提到的<%@PageEnableSessionState="ReadOnly"%>标记设置的。

至此，状态管理器的使用与实现方法基本上分析完成，下面整理一下其使用流程：

1.构造：HttpApplication在初始化过程中调用InitModules初始化配置文件Machine.config中注册的实现了IHttpModule接口的HTTP模块；其中 SessionStateModule 作为模块之一被构造并初始化；其InitModuleFromConfig方法根据配置文件中状态管理器的相关配置，构造并初始化相应的状态管理器；并根据各种条件调用CompleteAcquireState方法完成HttpSessionState的构造工作。
2.使用：HttpSessionState通过SessionDictionary实现其Item属性的状态数据管理；SessionDictionary本身由 SessionStateModule .OnReleaseState在适当的时候写回状态管理器；其他维护操作也是通过 SessionStateModule 调用状态管理器的IStateClientManager接口完成的。
3.实现：状态管理器从抽象基类StateClientManager获得异步调用的封装；通过IStateClientManager接口提供给 SessionStateModule 管理其初始化、释放和管理的接口。

虽然ASP.NET做了很多工作，但个人感觉还远远不够。例如InProc/OutOfProc实际上都是在内存中，只是解决了一个可靠性和数据集中同步的问题；SQLServer虽然能够解决容量、可靠性和数据集中同步的问题，但效率又受到影响。这方面.NET应该向Java好好学习一下，例如Java下 EHCache 和 OSCache 都提供了平滑的可配置二级（内存/硬盘）缓存介质切换，并且后者还提供了对负载均衡的简单支持，此外还有JBoss等实现的基于IP多播等实现技术的负载均衡缓存实现等等，都远远超出了ASP.NET提供的缓存机制所考虑到的范围。虽然ASP.NET也有独立的缓存机制，MS也提出了CacheApplicationBlock的参考实现，不过还是任重而道远啊，呵呵

ASP.NET 中 Session 实现原理浅析 [2] 状态管理器