一、简介
flask中session组件可分为内置的session组件还有第三方flask-session组件，内置的session组件功能单一，而第三方的flask-sessoin可支持redis、memcached、文件等进行session的存储。以下将介绍内置session以及第三方session组件的使用方法以及处理机制。
二、内置session处理机制
Cookie与Session
Cookie：
Cookie意为“甜饼”，是由W3C组织提出，最早由Netscape社区发展的一种机制。目前Cookie已经成为标准，所有的主流浏览器如IE、Netscape、Firefox、Opera等都支持Cookie。由于HTTP是一种无状态的协议，服务器单从网络连接上无从知道客户身份。怎么办呢？就给客户端们颁发一个通行证吧，每人一个，无论谁访问都必须携带自己通行证。这样服务器就能从通行证上确认客户身份了。这就是Cookie的工作原理。
Cookie实际上是一小段的文本信息。客户端请求服务器，如果服务器需要记录该用户状态，就使用response向客户端浏览器颁发一个Cookie。客户端浏览器会把Cookie保存起来。当浏览器再请求该网站时，浏览器把请求的网址连同该Cookie一同提交给服务器。服务器检查该Cookie，以此来辨认用户状态。服务器还可以根据需要修改Cookie的内容
Session：
Session是另一种记录客户状态的机制，不同的是Cookie保存在客户端浏览器中，而Session保存在服务器上。客户端浏览器访问服务器的时候，服务器把客户端信息以某种形式记录在服务器上。这就是Session。客户端浏览器再次访问时只需要从该Session中查找该客户的状态就可以了，实质上session就是保存在服务器端的键值对。
如果说Cookie机制是通过检查客户身上的“通行证”来确定客户身份的话，那么Session机制就是通过检查服务器上的“客户明细表”来确认客户身份。Session相当于程序在服务器上建立的一份客户档案，客户来访的时候只需要查询客户档案表就可以了。
第一次请求，session的创建过程
在flask上下文中介绍了，请求到flask框架会执行wsgi_app方法：
def wsgi_app(self, environ, start_response): ctx = self.request_context(environ) #实例化生成RequestContext对象 error = None try: try: ctx.push() #push上下文到LocalStack中 response = self.full_dispatch_request() #执行视图函数过程 except Exception as e: error = e response = self.handle_exception(e) #处理异常 except: error = sys.exc_info()[1] raise return response(environ, start_response) finally: if self.should_ignore_error(error): error = None ctx.auto_pop(error) # 删除LocalStack中的数据
在改方法中会生成一个ctx也就是RequestContext对象：
class RequestContext(object): def __init__(self, app, environ, request=None): self.app = app # app对象 if request is None: request = app.request_class(environ) self.request = request # 封装request self.url_adapter = app.create_url_adapter(self.request) self.flashes = None self.session = None #一开始的session
在这个对象中封装了session，最初为None。接着在wsgi_app中执行ctx.push:
def push(self):
app_ctx = _app_ctx_stack.top # 获取app上下文
if app_ctx is None or app_ctx.app != self.app:
app_ctx = self.app.app_context() #将app上下文push到app_ctx对于的LocalStack中
app_ctx.push()
self._implicit_app_ctx_stack.append(app_ctx)
else:
self._implicit_app_ctx_stack.append(None)
if hasattr(sys, 'exc_clear'):
sys.exc_clear()
_request_ctx_stack.push(self)
if self.session is None: # 判断session是否为None，一开始为None
session_interface = self.app.session_interface # 获取操作session的对象
self.session = session_interface.open_session( #调用open_session 创建session
self.app, self.request
)
if self.session is None:
self.session = session_interface.make_null_session(self.app)
这里我们主要关注session，前面的代码在上下文中已经进行了相关说明，这里有个判断session是否为None，刚开始RequestContext中的session为None，所以条件成立，此时执行以下语句：
session_interface = self.app.session_interface
self.session = session_interface.open_session(
self.app, self.request
)
if self.session is None:
self.session = session_interface.make_null_session(self.app)
首先来看session_interface = self.app.session_interface，self.app.session_interface就是app中的session_interface属性：
session_interface = SecureCookieSessionInterface()
默认是一个SecureCookieSessionInterface()对象，该对象的内部主要实现了open_session和save_session用于使用和保存session。接着self.session被重新赋值为session_interface.open_session(self.app, self.request)方法返回的值，以下为open_session源码：
def open_session(self, app, request): s = self.get_signing_serializer(app) #根据app.secret_key获取签名算法 if s is None: return None # 根据配置中的session_cookie_name获取session对于的值 val = request.cookies.get(app.session_cookie_name) #如果request.cookies为空，val为空 if not val: return self.session_class() max_age = total_seconds(app.permanent_session_lifetime) try: data = s.loads(val, max_age=max_age) return self.session_class(data) except BadSignature: return self.session_class()
该方法返回self.session_class(),当请求第一次来时，request.cookies为None,所以val也为None，返回self.session_class()，而session_class又是SecureCookieSession:
session_class = SecureCookieSession
所以我们继续看SecureCookieSession：
class SecureCookieSession(CallbackDict, SessionMixin): accessed = False def __init__(self, initial=None): def on_update(self): self.modified = True self.accessed = True super(SecureCookieSession, self).__init__(initial, on_update) def __getitem__(self, key): self.accessed = True return super(SecureCookieSession, self).__getitem__(key) def get(self, key, default=None): self.accessed = True return super(SecureCookieSession, self).get(key, default) def setdefault(self, key, default=None): self.accessed = True return super(SecureCookieSession, self).setdefault(key, default)
该类继承了CallbackDict, SessionMixin我们继续来看看CallbackDict：
class CallbackDict(UpdateDictMixin, dict): """A dict that calls a function passed every time something is changed. The function is passed the dict instance. """ def __init__(self, initial=None, on_update=None): dict.__init__(self, initial or ()) self.on_update = on_update def __repr__(self): return '<%s %s>' % ( self.__class__.__name__, dict.__repr__(self) )
也就是说SecureCookieSession继承了CallbackDict而CallbackDict继承了原生的dict，所以我们可以认为SecureCookieSession是一个特殊的字典，是调用了SecureCookieSessionInterface类中open_session返回的特殊字典，经过进一步分析self.session此时就是这个字典，这也意味着session在执行open_session方法时候被创建了，并保存在ctx中，也就是在RequestContext对象中，当我们使用session时候是通过全局变量session = LocalProxy(partial(_lookup_req_object, 'session'))由LocalProxy对象从ctx中获取到session。
第二次请求
开始我们知道session第一次请求来的时候是在open_session方法之后被创建，当第二次请求时，此时在open_session方法中，val已经不在是None,此时获取cookie的有效时长，如果cookie依然有效，通过与写入时同样的签名算法将cookie中的值解密出来并写入字典并返回，若cookie已经失效，则仍然返回'空字典'，这样以来在第二次请求中就能获取到之前保存的session数据。
session生命周期
我们介绍了session创建时候是在ctx.push时候开始创建，也就是说在这之后我们就可以使用session,对它进行操作了，那么session什么时候保存呢？我们接下来继续看wsgi_app:
def wsgi_app(self, environ, start_response): ctx = self.request_context(environ) error = None try: try: ctx.push() response = self.full_dispatch_request() except Exception as e: error = e response = self.handle_exception(e) except: error = sys.exc_info()[1] raise return response(environ, start_response) finally: if self.should_ignore_error(error): error = None ctx.auto_pop(error)
生成session后，接着执行self.full_dispatch_request()：
def full_dispatch_request(self): """Dispatches the request and on top of that performs request pre and postprocessing as well as HTTP exception catching and error handling. .. versionadded:: 0.7 """ self.try_trigger_before_first_request_functions() #执行app.before_first_reques钩子函数 try: request_started.send(self) # 触发request_started信号 rv = self.preprocess_request() # 执行before_request钩子函数 if rv is None: rv = self.dispatch_request() # 执行视图函数 except Exception as e: rv = self.handle_user_exception(e) return self.finalize_request(rv)
这一部分先执行钩子app.before_first_reques在触发request_started信号，再执行before_request钩子函数，然后在执行视图函数，rv是执行完视图函数的返回值，最后执行finalize_request，这里的session保存就发生在这里：
def finalize_request(self, rv, from_error_handler=False):
response = self.make_response(rv)
try:
response = self.process_response(response)
request_finished.send(self, response=response)
except Exception:
if not from_error_handler:
raise
self.logger.exception('Request finalizing failed with an '
'error while handling an error')
return response
注意这里的在最后会session判断是否为空,会执行save_session方法，也就是SecureCookieSessionInterface的save_session方法：
def save_session(self, app, session, response):
domain = self.get_cookie_domain(app)
path = self.get_cookie_path(app)
# If the session is modified to be empty, remove the cookie.
# If the session is empty, return without setting the cookie.
if not session:
if session.modified:
response.delete_cookie(
app.session_cookie_name,
domain=domain,
path=path
)
return
# Add a "Vary: Cookie" header if the session was accessed at all.
if session.accessed:
response.vary.add('Cookie')
if not self.should_set_cookie(app, session):
return
httponly = self.get_cookie_httponly(app)
secure = self.get_cookie_secure(app)
samesite = self.get_cookie_samesite(app)
expires = self.get_expiration_time(app, session)
val = self.get_signing_serializer(app).dumps(dict(session))
response.set_cookie(
app.session_cookie_name,
val,
expires=expires,
httponly=httponly,
domain=domain,
path=path,
secure=secure,
samesite=samesite
)
该方法最后保存的session调用的response.set_cookie，其实是将数据保存在cookie中，也就是在客户端的浏览器中，并非在服务端进行数据的保存，当请求完毕后会执行ctx.auto_pop(error)这时候会从上下文中将session和request删除，到此，session的生命周期结束。
视图函数使用session
在介绍flask的上下文中就已经对session进行过介绍，其本质也是通过LocalProxy操作上下文从而设置session，我们以session['username']='wd'作为列子,首先根据
session = LocalProxy(partial(_lookup_req_object, 'session'))
session是一个LocalProxy对象，执行session['username']=‘wd'则执行LocalProxy对象的__setitem__方法，而__setitem__方法中则是调用_get_current_object获取ctx中的session对象，而其对象本质是一个特殊的字典，相当于在字典中加一对key，value。
小结
flask内置session本质上依靠上下文，当请求到来时，调用session_interface中的open_session方法解密获取session的字典，并保存在RequestContext.session中，也就是上下文中，然后在视图函数执行完毕后调用session_interface的save_session方法，将session以加密的方式写入response的cookie中，浏览器再保存数据。而第三方的session组件原理就是基于是open_session方法和save方法，从而实现session更多的session保存方案。
三、第三方组件flask-session
flask-session支持多种数据库session保存方案如：redis、memchached、mongodb甚至文件系统等。官方文档： https://pythonhosted.org/Flask-Session/
安装：
pip3 install flask-session
redis
import redis
from flask import Flask, session
from flask_session import Session
from datetime import timedelta
app = Flask(__name__)
app.debug = True
app.secret_key = 'adavafa'
app.config['SESSION_TYPE'] = 'redis' # session类型为redis
app.config['SESSION_PERMANENT'] = True # 如果设置为True，则关闭浏览器session就失效。
app.config['PERMANENT_SESSION_LIFETIME']=timedelta(seconds=20)
#一个持久化的会话的生存时间，是一个datetime.timedelta对象，也可以用一个整数来表示秒,前提设置了PERMANENT_SESSION_LIFETIME为True
app.config['SESSION_USE_SIGNER'] = False # 是否对发送到浏览器上session的cookie值进行加密,默认False
app.config['SESSION_KEY_PREFIX'] = 'flask-session' # 保存到redis中的key的前缀
app.config['SESSION_COOKIE_NAME']= 'session_id' # 保存在浏览器的cookie名称
app.config['SESSION_REDIS'] = redis.Redis(host='10.1.210.33', port=‘6379',password=‘123123') # 用于连接redis的配置
#其他配置，不经常使用
app.config['SESSION_COOKIE_DOMAIN']='127.0.0.1' # 设置cookie的域名，不建议设置默认为server_name
app.config['SESSION_COOKIE_PATH']='/' # 会话cookie的路径。 如果未设置，则cookie将对所有url有效，默认为'/'
app.config['SESSION_COOKIE_HTTPONLY']=True # 是否启动httponly,默认为true，为了防止xss脚本访问cookie
Session(app)
@app.route('/login')
def index():
session["username"]="jack"
return 'login'
if __name__ == '__main__':
app.run()
Memchached
import memcache
from flask import Flask, session
from flask_session import Session
from datetime import timedelta
app = Flask(__name__)
app.debug = True
app.secret_key = 'adavafa'
app.config['SESSION_TYPE'] = ‘memcached' # session类型为memcached
app.config['SESSION_PERMANENT'] = True # 如果设置为True，则关闭浏览器session就失效。
app.config['PERMANENT_SESSION_LIFETIME']=timedelta(seconds=20)
#一个持久化的会话的生存时间，是一个datetime.timedelta对象，也可以用一个整数来表示秒,前提设置了PERMANENT_SESSION_LIFETIME为True
app.config['SESSION_USE_SIGNER'] = False # 是否对发送到浏览器上session的cookie值进行加密,默认False
app.config['SESSION_KEY_PREFIX'] = 'flask-session' # 保存到缓存中的key的前缀
app.config['SESSION_COOKIE_NAME']= 'session_id' # 保存在浏览器的cookie名称
app.config['SESSION_MEMCACHED'] = memcache.Client(['10.1.210.33:12000']) #连接
#其他配置，不经常使用
app.config['SESSION_COOKIE_DOMAIN']='127.0.0.1' # 设置cookie的域名，不建议设置默认为server_name
app.config['SESSION_COOKIE_PATH']='/' # 会话cookie的路径。 如果未设置，则cookie将对所有url有效，默认为'/'
app.config['SESSION_COOKIE_HTTPONLY']=True # 是否启动httponly,默认为true，为了防止xss脚本访问cookie
Session(app)
@app.route('/login')
def index():
session["username"]="jack"
return 'login'
if __name__ == '__main__':
app.run()
Filesystem
from flask import Flask, session
from flask_session import Session
from datetime import timedelta
app = Flask(__name__)
app.debug = True
app.secret_key = 'adavafa'
app.config['SESSION_TYPE'] = 'filesystem' # session类型为filesystem
app.config['SESSION_FILE_DIR']='/opt/db' #文件保存目录
app.config['SESSION_FILE_THRESHOLD'] = 300 # 存储session的个数如果大于这个值时，开始删除
app.config['SESSION_PERMANENT'] = True # 如果设置为True，则关闭浏览器session就失效。
app.config['PERMANENT_SESSION_LIFETIME']=timedelta(seconds=20)
#一个持久化的会话的生存时间，是一个datetime.timedelta对象，也可以用一个整数来表示秒,前提设置了PERMANENT_SESSION_LIFETIME为True
app.config['SESSION_USE_SIGNER'] = False # 是否对发送到浏览器上session的cookie值进行加密,默认False
app.config['SESSION_KEY_PREFIX'] = 'flask-session' # 保存到文件中的key的前缀
app.config['SESSION_COOKIE_NAME']= 'session_id' # 保存在浏览器的cookie名称
#其他配置，不经常使用
app.config['SESSION_COOKIE_DOMAIN']='127.0.0.1' # 设置cookie的域名，不建议设置默认为server_name
app.config['SESSION_COOKIE_PATH']='/' # 会话cookie的路径。 如果未设置，则cookie将对所有url有效，默认为'/'
app.config['SESSION_COOKIE_HTTPONLY']=True # 是否启动httponly,默认为true，为了防止xss脚本访问cookie
Session(app)
@app.route('/login')
def index():
session["username"]="jack"
return 'login'
if __name__ == '__main__':
app.run()
mongodb
import pymongo
from flask import Flask, session
from flask_session import Session
from datetime import timedelta
app = Flask(__name__)
app.debug = True
app.secret_key = 'adavafa'
app.config['SESSION_TYPE'] = 'mongodb' # session类型为mongodb
app.config['SESSION_MONGODB'] = pymongo.MongoClient('localhost',27017)
app.config['SESSION_MONGODB_DB'] = '数据库名称'
app.config['SESSION_MONGODB_COLLECT'] = '表名称'
app.config['SESSION_PERMANENT'] = True # 如果设置为True，则关闭浏览器session就失效。
app.config['PERMANENT_SESSION_LIFETIME']=timedelta(seconds=20)
#一个持久化的会话的生存时间，是一个datetime.timedelta对象，也可以用一个整数来表示秒,前提设置了PERMANENT_SESSION_LIFETIME为True
app.config['SESSION_USE_SIGNER'] = False # 是否对发送到浏览器上session的cookie值进行加密,默认False
app.config['SESSION_KEY_PREFIX'] = 'flask-session' # 保存的session的key的前缀
app.config['SESSION_COOKIE_NAME']= 'session_id' # 保存在浏览器的cookie名称
#其他配置，不经常使用
app.config['SESSION_COOKIE_DOMAIN']='127.0.0.1' # 设置cookie的域名，不建议设置默认为server_name
app.config['SESSION_COOKIE_PATH']='/' # 会话cookie的路径。 如果未设置，则cookie将对所有url有效，默认为'/'
app.config['SESSION_COOKIE_HTTPONLY']=True # 是否启动httponly,默认为true，为了防止xss脚本访问cookie
Session(app)
@app.route('/login')
def index():
session["username"]="jack"
return 'login'
if __name__ == '__main__':
app.run()
sqlalchemy
import redis
from flask import Flask, session
from flask_session import Session
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
app = Flask(__name__)
app.debug = True
app.secret_key = 'adavafa'
# 设置数据库链接
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'mysql+pymysql://root:dev@127.0.0.1:3306/devops?charset=utf8'
app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True
# 实例化SQLAlchemy
db = SQLAlchemy(app)
app.config['SESSION_TYPE'] = 'sqlalchemy' # session类型为sqlalchemy
app.config['SESSION_SQLALCHEMY'] = db # SQLAlchemy对象
app.config['SESSION_SQLALCHEMY_TABLE'] = '表名' # session要保存的表名称
app.config['SESSION_PERMANENT'] = True # 如果设置为True，则关闭浏览器session就失效。
app.config['PERMANENT_SESSION_LIFETIME']=timedelta(seconds=20)
#一个持久化的会话的生存时间，是一个datetime.timedelta对象，也可以用一个整数来表示秒,前提设置了PERMANENT_SESSION_LIFETIME为True
app.config['SESSION_USE_SIGNER'] = False # 是否对发送到浏览器上session的cookie值进行加密,默认False
app.config['SESSION_KEY_PREFIX'] = 'flask-session' # 保存的session的key的前缀
app.config['SESSION_COOKIE_NAME']= 'session_id' # 保存在浏览器的cookie名称
#其他配置，不经常使用
app.config['SESSION_COOKIE_DOMAIN']='127.0.0.1' # 设置cookie的域名，不建议设置默认为server_name
app.config['SESSION_COOKIE_PATH']='/' # 会话cookie的路径。 如果未设置，则cookie将对所有url有效，默认为'/'
app.config['SESSION_COOKIE_HTTPONLY']=True # 是否启动httponly,默认为true，为了防止xss脚本访问cookie
Session(app)
@app.route('/login')
def index():
session["username"]="jack"
return 'login'
if __name__ == '__main__':
app.run()
###使用SQLAlchemy时候先确保数据库和表都存在
在命令行中创建表
#>>> from app import db
#>>> db.create_all()
原理
这里以redis作为session存储方案做分析，以下是RedisSessionInterface源码：
class RedisSessionInterface(SessionInterface):
serializer = pickle
session_class = RedisSession
def __init__(self, redis, key_prefix, use_signer=False, permanent=True):
if redis is None:
from redis import Redis
redis = Redis()
self.redis = redis
self.key_prefix = key_prefix
self.use_signer = use_signer
self.permanent = permanent
def open_session(self, app, request):
sid = request.cookies.get(app.session_cookie_name)
if not sid:
sid = self._generate_sid()
return self.session_class(sid=sid, permanent=self.permanent)
if self.use_signer:
signer = self._get_signer(app)
if signer is None:
return None
try:
sid_as_bytes = signer.unsign(sid)
sid = sid_as_bytes.decode()
except BadSignature:
sid = self._generate_sid()
return self.session_class(sid=sid, permanent=self.permanent)
if not PY2 and not isinstance(sid, text_type):
sid = sid.decode('utf-8', 'strict')
val = self.redis.get(self.key_prefix + sid)
if val is not None:
try:
data = self.serializer.loads(val)
return self.session_class(data, sid=sid)
except:
return self.session_class(sid=sid, permanent=self.permanent)
return self.session_class(sid=sid, permanent=self.permanent)
def save_session(self, app, session, response):
domain = self.get_cookie_domain(app)
path = self.get_cookie_path(app)
if not session:
if session.modified:
self.redis.delete(self.key_prefix + session.sid)
response.delete_cookie(app.session_cookie_name,
domain=domain, path=path)
return
httponly = self.get_cookie_httponly(app)
secure = self.get_cookie_secure(app)
expires = self.get_expiration_time(app, session)
val = self.serializer.dumps(dict(session))
self.redis.setex(name=self.key_prefix + session.sid, value=val,
time=total_seconds(app.permanent_session_lifetime))
if self.use_signer:
session_id = self._get_signer(app).sign(want_bytes(session.sid))
else:
session_id = session.sid
response.set_cookie(app.session_cookie_name, session_id,
expires=expires, httponly=httponly,
domain=domain, path=path, secure=secure)
分析：RedisSessionInterface继承了SessionInterface
class SessionInterface(FlaskSessionInterface):
def _generate_sid(self):
return str(uuid4())
def _get_signer(self, app):
if not app.secret_key:
return None
return Signer(app.secret_key, salt='flask-session',
key_derivation='hmac')
而SessionInterface又继承了FlaskSessionInterface，而FlaskSessionInterface又继承了flask内置的SessionInterface，并且RedisSessionInterface重写了内置session的open_session和save_session.
首先是RedisSessionInterface实例化用于初始化配置，例如redis的连接、签名配置、过期配置、前缀配置等。
接下来看两个核心方法：open_session方法和save_session方法。
open_session:
def open_session(self, app, request):
sid = request.cookies.get(app.session_cookie_name) #获取session id
if not sid: #判断session id是否为空，为空表示第一次请求
sid = self._generate_sid() # 返回使用uuid4随机字符串
return self.session_class(sid=sid, permanent=self.permanent)
if self.use_signer:# 判断签名配置
signer = self._get_signer(app)
if signer is None:
return None
try:
sid_as_bytes = signer.unsign(sid) # 对session id 进行加密签名
sid = sid_as_bytes.decode()
except BadSignature:
sid = self._generate_sid()
return self.session_class(sid=sid, permanent=self.permanent)
if not PY2 and not isinstance(sid, text_type):
sid = sid.decode('utf-8', 'strict')
val = self.redis.get(self.key_prefix + sid) # 获取seession数据
if val is not None:
try:
data = self.serializer.loads(val) # 反序列化数据
return self.session_class(data, sid=sid) #返回
except:
return self.session_class(sid=sid, permanent=self.permanent)
return self.session_class(sid=sid, permanent=self.permanent)
改方法先从cookie中获取session id，然后对session id判断是否为空，为空表示第一次请求，则通过self._generate_sid()返回随机字符串，作为返回给浏览器的sessionid
def _generate_sid(self): return str(uuid4())
接着判断签名判断是否为true，然后对session 进行签名，这里和内置session不同的是获取session的时候通过self.redis.get(self.key_prefix + sid)在redis中进行获取。
save_session:
def save_session(self, app, session, response):
domain = self.get_cookie_domain(app) # 获取cookie中的域名
path = self.get_cookie_path(app) # 获取cookie 中path
if not session: # 判断有误session对象
if session.modified: #没有但是被修改了，表示已经被删除了
self.redis.delete(self.key_prefix + session.sid) #清空session
response.delete_cookie(app.session_cookie_name,
domain=domain, path=path)
return
httponly = self.get_cookie_httponly(app)
secure = self.get_cookie_secure(app)
expires = self.get_expiration_time(app, session)
val = self.serializer.dumps(dict(session))
self.redis.setex(name=self.key_prefix + session.sid, value=val,
time=total_seconds(app.permanent_session_lifetime)) #保存session
if self.use_signer:
session_id = self._get_signer(app).sign(want_bytes(session.sid))
else:
session_id = session.sid
response.set_cookie(app.session_cookie_name, session_id, # 设置cookie
expires=expires, httponly=httponly,
domain=domain, path=path, secure=secure)
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