cookie、session、token功能区别与使用场景

cookie、session、token 发展演化历史

1、很久很久以前，Web 基本上就是文档的浏览而已，既然是浏览，作为服务器，不需要记录谁在某一段时间里都浏览了什么文档，每次请求都是一个新的HTTP协议，就是客户请求 + 服务器响应，尤其是不用记住是谁刚刚发了HTTP请求，每个请求对服务器来说都是全新的。这段时间很嗨皮。

2、但是随着交互式Web应用的兴起，像在线购物网站，需要登录的网站等等，马上就面临一个问题，那就是要管理会话，必须记住哪些人登录系统，哪些人往自己的购物车中放商品，这就要服务器必须把每个人区分开，这是一个不小的挑战，因为HTTP请求是无状态的，所以想出的办法就是给大家发一个会话标识(session id), 说白了就是一个随机的字串，每个人收到的都不一样，每次大家向服务器发起HTTP请求的时候，把这个字符串给一并捎过来，这样我就能区分开谁是谁了，请见米扑博客：HTTP API 认证授权的几种方式总结

3、这样大家很嗨皮了，可是服务器就不嗨皮了，每个人只需要保存自己的session id，而服务器要保存所有人的session id ！如果访问服务器多了，就得有成千上万，甚至几十万个。

这对服务器说是一个巨大的开销，严重的限制了服务器扩展能力，比如说我用两个机器组成了一个集群，小F通过机器A登录了系统，那session id会保存在机器A上，假设小F的下一次请求被转发到机器B怎么办？机器B可没有小F的 session id啊。

有时候会采用一点小伎俩： session sticky ，就是让小F的请求一直粘连在机器A上，但是这也不管用，要是机器A挂掉了，还得转到机器B去。

那只好做session 的复制了，把session id 在两个机器之间搬来搬去，快累死了。

4、后来，有个叫Memcached的支了招：把session id 集中存储到一个地方，所有的机器都来访问这个地方的数据，这样一来，就不用复制了，但是增加了单点失败的可能性，要是那个负责session 的机器挂了，所有人都得重新登录一遍，估计得被人骂死。

也尝试把这个单点的机器也搞出集群，增加可靠性，但不管如何，这小小的session 对服务器端来说是一个沉重的负担

5、于是有人就一直在思考，为什么要让服务器端保存这可恶的session呢，让每个客户端去保存该多好？

可是如果不保存这些session id , 怎么验证客户端发给我的session id 的确是我生成的呢？

如果不去验证，我们都不知道他们是不是合法登录的用户，那些不怀好意的家伙们就可以伪造session id , 为所欲为了。

嗯，对了，关键点就是验证！

比如说，小F已经登录了系统，服务器后端给他发一个令牌(token)，里边包含了小F的 user id，下一次小F 再次通过Http 请求访问我的时候，把这个token 通过Http header 带过来不就可以了。

不过这和session id没有本质区别啊，任何人都可以可以伪造，所以服务器端得想点儿办法，让别人伪造不了。

那就对数据做一个签名吧，比如说服务器端用HMAC-SHA256 算法，加上一个只有服务器端才知道的密钥（私钥），对数据做一个签名，把这个签名和数据一起作为token ，由于密钥别人不知道，就无法伪造token了。

这个token 服务器端不保存，当小F把这个token 发给服务器端的时候，服务器端再用同样的HMAC-SHA256 算法和同样的密钥，对数据再计算一次签名，和token 中的签名做个比较，如果相同，我就知道小F已经登录过了，并且可以直接取到小F的user id , 如果不相同，数据部分肯定被人篡改过，我就告诉发送者：对不起，没有认证。

Token 中的数据是明文保存的（虽然客户端会用Base64做下编码，但那不是加密，是编码，可逆可解码的），还是可以被别人看到的，所以不能在其中保存像密码这样的敏感信息。

当然，如果一个人的token 被别人偷走了，那我也没办法，服务器端也会认为小偷就是合法用户，这其实和一个人的session id 被别人偷走是一样的。

这样一来，服务器端就不保存session id 了，服务器端只是生成token , 然后验证token ，服务器端可以用CPU计算时间获取了我的session存储空间！

解除了session id这个负担，可以说是无事一身轻，服务器端的机器集群现在可以轻松地做水平扩展，用户访问量增大，直接加机器就行。这种无状态的感觉实在是太好了！

cookie、session、token 功能区别与使用场景

HTTP请求是无状态的，也就是不知道这一次的请求和上一次请求是否有关系，比如登录一个系统的时候，验证用户名密码之后，打开系统各个页面的时候就不需要再进行登录操作了，直到我们主动退出登录或超时退出登录，这里为了避免访问每个都登录一下，就要用到session、cookie。

cookie是在客户端(浏览器)，保存用户信息的一种机制，而且每种浏览器存储大小会有一些差异，一般不超过4KB；

session是在服务端保存，可以用于记录客户状态，比如我们经常会用session保存客户的基本信息、权限信息等；用户第一次登录之后，服务器就会创建一个session，浏览器再次访问时，只需要从该session中查找该客户的信息就可以了。

Token 是服务端生成的一串字符串，可以看做客户端进行请求的一个令牌。上面的 cookie + session 会有一个问题，服务器要保存所有用户的session信息，开销会很大；若如果在分布式的架构下，就需要考虑session共享的问题，需要做额外的设计和开发，例如把session中的信息保存到Redis中进行共享；正因为这些原因，有人考虑这些信息是否可以让客户端保存，或可以保存到任何地方（第三方授权、认证等），并且保证其安全性，于是就有了Token。

通常情况下，Session和Cookie是搭配在一起使用的

cookie 存储的方式

cookie存储的方式缺点：

1. 每次发送请求都带着cookie，造成了带宽特别大，特别占用网络请求；

2. cookie如果在浏览器端是明文存储的话，容易解析时，是可以伪造的，很不安全。

那么鉴于cookie存储方式的不足，session存储的方式应运而生。

session 存储的方式

session存储的方式优点：

1. 服务器返回的cookie-session-id相比于整个cookie是很小的，节省带宽，减少了网络传输的压力；

2. 服务器把session存储在数据库或者redis(内存)中，实现了本地化，相比于cookie存储方式的每次在网络中发送整个cookie更安全。

Cookie

cookie 是一个非常具体的东西，指的就是客户端的浏览器里面能永久存储的一种数据，仅仅是浏览器实现的一种数据存储功能。

cookie由服务器生成，发送给浏览器，浏览器把cookie以 key/value 形式保存到某个目录下的文本文件内，下一次请求同一网站时会把该cookie发送给服务器。由于cookie是存在客户端上的，所以浏览器加入了一些限制确保cookie不会被恶意使用，同时不会占据太多磁盘空间，所以每个域的cookie数量是有限的。

1）用户首次登录或者第一次浏览某个站点的页面时，该站点会随机生成一个PHP的会话 Session ID并通过cookie发送到客户端（浏览器）

2）当用户点击该站点的另一个页面时，浏览器开始连接这个URL。

3）在连接之前，浏览器会先搜索本地保存的cookie，如果在cookie中有任何与正在连接的URL相关的cookie，就将它提交到服务器。

4）在首次登陆或第一次连接网站时，已经产生了一个与该网站URL相关的cookie（保存的会话ID），所以当用户再次连接这个站点时，站点就可以通过这个会话ID识别出用户，从服务器的会话文件中取出与这个会话ID相关的会话变量，从而保持事务之间的连续。

详见米扑博客：PHP Session 与 Cookie 详解

Session

session 从字面上讲，就是会话。这个就类似于你和一个人交谈，你怎么知道当前和你交谈的是张三而不是李四呢？对方肯定有某种特征（长相等）表明他就是张三。

session 也是类似的道理，服务器要知道当前发请求给自己的是谁。为了做这种区分，服务器就要给每个客户端分配不同的“身份标识”，然后客户端每次向服务器发请求的时候，都带上这个“身份标识”，服务器就知道这个请求来自于谁了。

至于客户端怎么保存这个“身份标识”，可以有很多种方式，对于浏览器客户端，大家都默认采用 cookie 的方式。

服务器使用session把用户的信息临时保存在了服务器上，用户离开网站后session会被销毁。这种用户信息存储方式相对cookie来说更安全，可是session有一个缺陷：如果web服务器做了负载均衡，那么下一个操作请求到了另一台服务器的时候session会丢失。

Token

在Web领域基于Token的身份验证随处可见。

在大多数使用Web API的互联网公司中，tokens 是多用户下处理认证的最佳方式。

以下几点特性会让你在程序中使用基于Token的身份验证

1）无状态、可扩展

2）支持移动设备

3）跨程序调用

4）加密，安全

基于Token的身份验证的大佬们，大部分你见到过的API和Web应用都使用tokens，例如 QQ、微信、Facebook, Twitter, Google+, GitHub等。

Token的起源

在介绍基于Token的身份验证的原理与优势之前，不妨先看看之前的认证都是怎么做的。

1、基于服务器的验证

我们都是知道HTTP协议是无状态的，这种无状态意味着程序需要验证每一次请求，从而辨别客户端的身份。

在这之前，程序都是通过在服务端存储的登录信息来辨别请求的，这种方式一般都是通过Session存储来完成。

随着Web，应用程序，已经移动端的兴起，这种验证的方式逐渐暴露出了问题，尤其是在可扩展性方面。

2、基于服务器验证方式暴露的一些问题

Seesion：每次认证用户发起请求时，服务器需要去创建一个记录来存储信息。

当越来越多的用户发请求时，内存的开销也会不断增加。

3、可扩展性

在服务端的内存中使用Seesion存储登录信息，伴随而来的是可扩展性问题。

如果web服务器做了负载均衡，那么下一个操作请求到了另一台服务器的时候session会丢失。

4、CORS(跨域资源共享)

当我们需要让数据跨多台移动设备上使用时，跨域资源的共享会是一个让人头疼的问题。

在使用Ajax抓取另一个域的资源，就可以会出现禁止请求的情况，提示跨域错误。

注：通过设置服务器属性Access-Control-Allow-Origin:* ，让服务器能接受到来自所有域的请求。

请见米扑博客：腾讯云 CDN 跨域问题，跨域(CORS)请求的几种解决方法

5、CSRF(跨站请求伪造)

用户在访问银行网站时，他们很容易受到跨站请求伪造的攻击，并且能够被利用其访问其他的网站。

在这些问题中，可扩展性是最突出的。因此我们有必要去寻求一种更有行之有效的方法。

基于Token的验证原理

基于Token的身份验证是无状态的，我们不将用户信息存在服务器或Session中。

这种概念解决了在服务端存储信息时的许多问题，No Session意味着你的程序可以根据需要去增减机器，而不用去担心用户是否登录。

基于Token的身份验证的过程如下:

1）客户端的用户通过用户名 + 密码 + 时间戳 + 签名算法等发送请求。

2）服务器端的程序验证登录身份（可以做成统一登录平台、网关）

3）证成功后，服务端会签发一个Token返回给客户端

4）客户端储存token，并且每次携带token发送请求。

5）服务端验证token，验证通过后并返回数据。

6）每一次请求都需要token，token应该在HTTP的头部发送从而保证了Http请求无状态。

我们同样通过设置服务器属性Access-Control-Allow-Origin:* ，让服务器能接受到来自所有域的请求。

需要主要的是，在ACAO头部标明(designating)*时，不得带有像HTTP认证，客户端SSL证书和cookies的证书。

实现思路：

用户登录校验，校验成功后就返回Token给客户端。

客户端收到数据后保存在客户端

客户端每次访问API时，携带Token到服务器端。

服务器端采用filter过滤器校验。校验成功则返回请求数据，校验失败则返回错误码

当我们在程序中认证了信息并取得token之后，我们便能通过这个Token做许多的事情。

我们甚至能基于创建一个基于权限的token传给第三方应用程序，这些第三方程序能够获取到我们的数据（当然只有在我们允许的特定的token）

Tokens 优势

1、无状态、可扩展

在客户端存储的Tokens是无状态的，并且能够被扩展。

基于这种无状态和不存储Session信息，负载均衡器能够将用户信息从一个服务传到其他服务器上。

如果我们将已验证的用户的信息保存在Session中，则每次请求都需要用户向已验证的服务器发送验证信息(称为Session亲和性)。用户量大时，可能会造成一些拥堵。

但是不要着急，使用tokens之后这些问题都迎刃而解，因为tokens自己hold住了用户的验证信息。

token本身是可以实现无状态，但实际应用场景并非无状态，否则你无法实现踢人、账号单设备登录、登录过期等一些列功能

2、安全性

请求中发送token而不再是发送cookie能够防止CSRF(跨站请求伪造)。

即使在客户端使用cookie存储token，cookie也仅仅是一个存储机制而不是用于认证。

不将信息存储在Session中，让我们少了对session操作。

token是有时效的，一段时间之后用户需要重新验证。我们也不一定需要等到token自动失效，token有撤回的操作，通过token revocataion可以使一个特定的token或是一组有相同认证的token无效。

3、可扩展性

Tokens能够创建与其它程序共享权限的程序。

例如，能将一个随便的社交帐号和自己的大号(Fackbook或是Twitter)联系起来。当通过服务登录Twitter(我们将这个过程Buffer)时，我们可以将这些Buffer附到Twitter的数据流上(we are allowing Buffer to post to our Twitter stream)。

使用tokens时，可以提供可选的权限给第三方应用程序。当用户想让另一个应用程序访问它们的数据，我们可以通过建立自己的API，得出特殊权限的tokens。

4、多平台跨域

我们提前先来谈论一下CORS(跨域资源共享)，对应用程序和服务进行扩展的时候，需要介入各种各种的设备和应用程序。

Having our API just serve data, we can also make the design choice to serve assets from a CDN. This eliminates the issues that CORS brings up after we set a quick header configuration for our application.

只要用户有一个通过了验证的token，数据和资源就能够在任何域上被请求到。

Access-Control-Allow-Origin: *

基于标准创建token的时候，你可以设定一些选项。我们在后续的文章中会进行更加详尽的描述，但是标准的用法会在JSON Web Tokens体现。

最近的程序和文档是供给JSON Web Tokens的。它支持众多的语言。这意味在未来的使用中你可以真正的转换你的认证机制

总结

HTTP：请求是无状态的，不知道这一次的请求和上一次请求是否有关系；

cookie：保存在客户端浏览器，有大小限制，一般浏览器默认为4KB，有状态；

session：保存在服务器中，服务器有内存资源开销，分布式、跨系统不好实现；

token：客户端可以将Token保存到任何地方，无限制，无状态，利于分布式部署。

如果开发的系统足够小，用户少，倾向于使用 cookie/session，简单、易维护。

如果系统同时登录用户多，集群服务器多，PC移动平板多端同步，有单点登录需求，则倾向于使用token。

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