Session丢失及nginx解决这个问题的方案
下文给大家带来什么是Session丢失及nginx解决这个问题的方案，希望能够给大家在实际运用中带来一定的帮助，负载均衡涉及的东西比较多，理论也不多，网上有很多书籍，今天我们就用在行业内累计的经验来做一个解答。
这篇是《分布式关注点系列》中「负载均衡」相关的内容最后一发了，后续也会继续讲「高可用」相关的其它主题，主要是限流、降级、熔断之类的吧，具体还没定。文末先附上之前发过的高可用相关文章，供你再温故一下。
下面这个场景不知是否在你面前出现过。
开发Z哥对运维Y弟喊："Y弟，现在系统好卡，刚上了一波活动，赶紧帮我加几台机器上去顶一下。"
Y弟回复说："没问题，分分钟搞定"。
然后就发现数据库的压力迅速上升，DBA就吼了："Z哥，你丫的搞什么呢？数据库要被你弄垮了"。
然后客服那边接框也爆炸了，越来越多的用户说刚登陆后没多久，操作着就退出了，接着登陆，又退出了，到底还做不做生意了。
这些问题背后都是由于一个「Session丢失」问题导致的。
一、什么是Session丢失
相信Session对大部分Coder来说应该都知道。它是为了将同一个用户的多次访问在系统中被识别为"同一个用户"而产生的概念。除此之外，还可以基于它来减少重复往DB或者远程服务处获取与该用户相关的信息，以起到提升性能的作用。
在我们做了负载均衡的场景中，如果选择的负载策略是hash策略，那么会使得Session产生一个副作用，这个副作用就如上面举的案例那样，用户一旦由于某种原因从原先访问云服务器A变成访问服务器B，就会出现"登陆状态丢失"、"缓存穿透"等问题。
为什么hash策略会出现这个问题呢？首先有必要先了解一下hash是如何进行的。hash策略就是下图这样的一个散列函数。在函数不变的情况下，A永远对应01，B对应04，C对应08。
▲图片来源于网络，版权归原作者所有
以nginx中的ip_hash策略来举个例子。因为我们认为正常情况下用户的ip不会在短时间内发生变化，所以当我们选择使用ip_hash策略进行负载均衡时，意味着期望同一个用户能够一直访问到同一台服务器上，就像下图这样。
▲图中的hash函数是最简单的随意举例
如此一来，我们只需要在这一台服务器上将这个用户相关的信息缓存在进程内，就能起到非常高性价比的提升性能的效果。
这时，客户端与服务端之间的相当于建立了一个信任，相互认识。这个信任就是「Session」。
但是，当我们加了一台服务器之后，事情就发生变化了。
▲图中的hash函数是最简单的随意举例
这个时候我们原先的预期就被破坏了。因为用户与序号0节点的链接变成了与序号3的链接，所以产生了前面提到的「Session丢失」问题。与此同时，在序号0节点上做的进程内缓存都无效了，而在序号3节点上又没有用户相关的任何缓存，导致大量数据需要从下游的DB或者远程服务处获取。你要知道，一旦涉及到网络通信，性能必然明显下降，I/O、序列化都是耗时的工作。更重要的是，一旦同时有大量用户产生这个情况，由于后端的DB和远程服务瞬时无法承载激增的高密度请求，可能会导致它挂起。这还没完，如果当前程序没有一些故障隔离或者降级策略，还会进一步产生蝴蝶效应，导致整个大系统响应缓慢。可谓"一颗老鼠屎坏了一锅粥"。
二、nginx是如何来解决这个问题的
既然以nginx举例，还是从nginx开始聊。通过在nginx中引入nginx-sticky-module模块可以来解决这个问题。解决的整个过程如下。
▲图片来源于网络，版本归原作者所有
可以看到，当client第一次进入到nginx匹配节点的时候，在给它分配一个节点的同时，会将这个节点的唯一标识进行md5后写入到cookie中一并返回，如果下次再发起请求的时候发现带有这个cookie值，就直接转发到该值所对应的节点上去。这个机制被专业的称之为「Session保持」。
虽然可以利用cookie来解决这个问题，但是cookie也有一个潜在的问题，如果客户端未开启cookie功能，这个机制就失效了。不过好在目前主流浏览器都是默认打开cookie的。
题外话：nginx是2004年发布的，在nginx-sticky-module出现之前的7年间也是nginx相比竞品HAProxy最大的一个短板，因为HAProxy支持Session保持。
三、Session保持的其它方案
除了cookie之外，还有2种方式也可以最终达到类似的效果。分别被称为「Session复制」、「Session共享」。
01 Session复制
这是最简单粗暴的方式。根据第一节的案例来看，导致问题的原因是节点3没有用户的Session。那么很容易想到，在节点3运行之前把Session相关的Cache数据复制过去呗。并且在多个节点之间持续保证数据的同步，也就是说，每一台节点上都存在每个用户的Session数据。
实现的方案有很多，特别是不同的宿主程序都或多或少提供了一些切入点，甚至是拿来即用的方案，如Tomcat的Delta Manager和Backup Manager、Tomcat和IIS的Filter机制等等，这里就不展开了。
此类方案的特点是
优点：天然高可用，一部分节点宕机没事。因为每一个节点上存放着所有已连接用户的会话信息。
缺点：因为每台计算机的内存是有上限的，仅适用于会话相关的数据大小较小的场景。并且，由于多个节点之间需要同步数据，需要额外解决数据一致性问题。与此同时，随着节点越多，损耗越大（延迟、带宽等），有广播风暴风险。
02 Session共享
我们还可以通过将session信息存放到全局共享的存储介质中来达到一样的效果，如数据库、远程缓存等，这是一种中心化思想的解决方案。
此类方案的特点是
优点：不管节点怎么增加和减少，100%不会产生会话丢失。
缺点：每次读写请求都需要增加额外共享储存调用，增加了网络I/O、序列化等操作，性能明显下降。另外，用作共享的存储介质除了增加了额外的维护成本外，还需要解决单点问题，以免产生系统性风险。
同之前「Session保持」方案一起对比下各自的优缺点和适用场景。
分别用一句话概括一下这3个方案：
Session 保持。原来在哪还是去哪。
Session 复制。不管在哪都有一样的数据。
Session 共享。所有节点共用一份数据。
越大型的系统，最终都会往「Session共享」这个方案上走，因为只要再对这个共享存储做横向扩展，理论上就可以支撑无穷大的用户了。如Redis、一系列的NOSQL以及NEWSQL等。就像下面这样，集「规模大」、「高可用」、「效果好」于一身。
看了以上关于Session丢失及nginx解决这个问题的方案，如果大家还有什么地方需要了解的可以在行业资讯里查找自己感兴趣的或者找我们的专业技术工程师解答的，技术工程师在行业内拥有十几年的经验了。
