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CAS Client集群环境的Session问题及解决方案

zchuanzhao
 zchuanzhao
发布于 2018/07/26 10:04
字数 4007
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之前写过一篇文章,介绍单点登录的基本原理。这篇文章重点介绍开源单点登录系统CAS的登录和注销的实现方法。并结合实际工作中碰到的问题,探讨在集群环境中应用单点登录可能会面临的问题。这篇文章在上一篇的基础上,增加了第四部分,最终的解决方案。

1 单点登录的过程

为了描述方便,假设有如下一个单点登录系统。一套CASServer,两套CAS Client系统。为了描述的方便,省略CAS Server调用用户系统完成登录,以及CASClient从用户系统读取用户详细信息的过程。

1.1 多应用情况下Session信息

假定有两个CAS Client应用,一个CAS Server。应用的部署,可能在不同的服务器,也可能有不同的访问IP或域名,即使是同一个浏览器,在各个应用中的Session信息也是不相同的。

浏览器中,每个应用有一个独立的JSESSIONIDCookie。某一个应用,不可能读取到浏览器在其他应用中的Cookie信息。

假定用户首先访问CAS Client 01,系统提醒用户进行一次登录;然后用户访问CAS Client2,不会再提示登录而是直接登录成功。

1.2 第一次访问CAS Client 01

用户打开浏览器后第一次访问,重定向到单点登录后,会提示用户输入账号密码登录。登录成功之后,再跳转回CAS Client。

1.3 第一次访问CAS Client 02

当用户浏览器已经登录系统,切换到另一个CASClient时,跟第一次访问有所不同,因为已经登录成功,就不会再提醒输入账号密码登录了。

1.4 再次访问CAS Clients

当用户已经访问过CAS Client后,当用户再次访问,系统不会再跳转到CAS Server做认证。

1.5 CASClient配置

为了实现前述的单点登录过程,以Java WEB项目为例,需要在 web.xml 中进行相应的配置。(为了排版,没有填写Filter的完整class名,请自行查阅补充。)

<filter>

  <filter-name>CAS AuthenticationFilter</filter-name>

  <filter-class>*.AuthenticationFilter</filter-class>

</filter>

<filter>

  <filter-name>CAS Validation Filter</filter-name>

  <filter-class>*.Cas10TicketValidationFilter</filter-class>

</filter>

<filter>

  <filter-name>CAS HttpServletRequest WrapperFilter</filter-name>

  <filter-class>*.HttpServletRequestWrapperFilter</filter-class>

</filter>

<filter-mapping>

  <filter-name>CAS Validation Filter</filter-name>

  <url-pattern>/*</url-pattern>

</filter-mapping>

<filter-mapping>

  <filter-name>CAS AuthenticationFilter</filter-name>

  <url-pattern>/*</url-pattern>

</filter-mapping>

<filter-mapping>

         <filter-name>CAS HttpServletRequest WrapperFilter</filter-name>

         <url-pattern>/*</url-pattern>

</filter-mapping>

仔细看一下配置过滤器可以发现,三个过滤器正好对应流程图中三次访问CAS Client。

  • Authentication Filter:负责将未登录用户跳转到登录界面

  • Authentication Filter:负责验证Service Ticket

  • HttpServletRequest WrapperFilter:负责将用户信息封装到request和session中。

 

 

2 统一注销的过程

2.1 不能实现统一注销会有什么问题

当用户访问系统后从系统注销,如何能够从每个应用中都注销?注意前面1.4部分的描述,如果用户注销时,并没有注销CASClient 02中的会话信息,如果用户在浏览器中直接访问这个应用,因为Session存在,并不会提醒用户重新登录。

这会带来两个潜在的隐患:

1、  用户注销user1后换账号user2重新登录,进入CAS Client 02之后,当前身份其实还是user1,并没有如用户预期一样使用user2身份。

2、  用户user1点击注销后离开,没有关闭浏览器。这时候其他用户直接打开CAS Client 02,能够直接盗用user1的身份进行操作。

2.2基本概念:Service、TGT和ST

CAS已经考虑到统一注销的问题。

这里有三个重要的概念TGT、ST和Service,需要着重介绍一下,因为它们同后续统一注销的方案息息相关。

2.2.1  Service

这是用户第一次访问CAS Client的URL。假设一个CAS Client应用部署在域名oa.company.com,使用HTTP协议,应用首页是index.htm。当用户第一次访问这个应用时,对应的URL地址是 http://oa.company.com/index.htm 。这个URL,对CAS Server来说,就是一个service。

当用户第一次跳转到CAS Server的时候,可以看到传了一个参数service,就是这个值。当CASServer生成Ticket重定向到CAS Client的时候,实际就是在这个service 中添加了一个参数 ticket 。

2.2.2   TGT:Ticket Grangting Ticket

TGT是CAS Server为每一个登录用户创建的登录令牌。在CASServer上拥有了TGT,用户就可以证明自己在CASServer成功登录过。TGT封装了SessionCookie值以及此Cookie值对应的用户信息。当HTTP请求到来时,CAS以此Cookie值为key查询缓存中有无TGT ,如果有的话,则相信用户已登录过。

2.2.3  ST:Service Ticket

ST是CAS Server为用户签发的访问某一service的认证令牌。用户访问service时,service发现用户没有ST,浏览器会跳转到CASServer去获取ST。CAS Server发现用户有TGT,则签发一个ST,返回给用户。用户使用ST作为ticket参数去访问service,service拿ST去CAS Server验证,验证通过后,得到当前登录用户的登录名。

注意TGT和ST,是一对多的关系。一个TGT会维护一个 services 列表,每当为用户创建一个ST并认证通过后,会将这个ST添加到TGT的services列表中。这样,在CASServer端,这个services列表实际维护了一个用户登录过的所有CASClient。这就为实现统一注销打下了基础。

2.3 CAS Client的统一注销配置

CAS Client,为了实现统一注销,除了第一张介绍的三个登录过程的过滤器之外,还需要添加一个统一注销过滤器。

<filter>

 <filter-name>CAS Single Sign OutFilter</filter-name>

 <filter-class>*.SingleSignOutFilter</filter-class>

</filter>

<filter-mapping>

 <filter-name>CAS Single Sign OutFilter</filter-name>

 <url-pattern>/*</url-pattern>

</filter-mapping>

<listener>

 <listener-class>*.SingleSignOutHttpSessionListener</listener-class>

</listener>

2.4 CAS Server注销过程

用户在浏览器中点击“注销”链接,实际浏览器会访问CASServer的注销页面。收到注销请求后,CAS Server会读取到TGT,并检查当前用户登录过的所有service,并依次发送注销请求。

2.5 CAS Client注销过程

CAS Client的注销,核心代码是SingleSignOutFilter,它的关键代码

public voiddoFilter(servletRequest, servletResponse, filterChain){

         HttpServletRequest request =(HttpServletRequest)servletRequest;

         if (handler.isTokenRequest(request)) {

                   handler.recordSession(request);

         } else if (handler.isLogoutRequest(request)) {

                   handler.destroySession(request);

                   return;

         }

         filterChain.doFilter(servletRequest, servletResponse);

}

其中handler是SingleSignOutHandler的实例,这个对象完成用户在CASClient端登录信息的维护和注销工作。

至此,CAS完整的登录和注销过程就完成。

2.6 思考:什么情况统一注销会失败

统一注销的实现,需要CAS Server通过HttpClient访问CAS Client的service。如果这个访问过程失败,就会导致统一注销失败。列了几种情况,不详述。

1、开发调试阶段,使用localhost访问CAS Client。

2、CAS Server部署在外网,CAS Client部署在内网。

3、网络安全设置,不允许CASServer访问CAS Client。

 

3 CAS Client集群的影响

前面的论述,一直假定所有的CAS Client都是单点部署,没有集群。如果集群,会有什么影响,应该如何来解决?

3.1 Client集群对登录的影响

假设使用nginx做集群前端,后面部署两台CAS Client 01的实例。我们看看对登录过程会有什么影响。

为了描述方便,CAS Client登录过程会有三次请求(对应三个过滤器),我们依次命名为Authentication Request / Validation Request / Wrapper Request。

Nginx缺省的分发规则,并不是sticky模式,同一个浏览器的请求,会按照nginx自身某种规则进行分发。我们曾经测试过,在双点集群环境下,Authentication Request和ValidationRequest会恰好被分发到两台服务器,这就会导致登录过程死循环。

出现登录死循环的原因,主要在于nginx分发时,没有使用sticky策略,也就是同一个浏览器的请求,永远分发给同一台CAS Client实例。缺省nginx的分发策略,可以根据用户IP分发,实现的是同一个IP永远分发到同一台Client,这样就能解决死循环的问题。

3.2 Client集群对注销的影响

当nginx实现了sitcky转发,同一个浏览器的访问会分发到同一个Client1实例,该用户的会话信息也一直保存在Client1实例中。

当用户统一注销时,由CAS Server向Client发送注销请求,这时候nginx无法确保按当前用户进行分发,因此可能会被分发到Client2。这时候,实际效果是注销失败。

这个问题,在我们当前的环境中真实存在,还没有合理的解决方法。初步分析,大概有几个修改方向。

3.2.1  修改nginx分发策略

问题存在的原因,是因为nginx在分发注销策略时,不能准确分发。如果能在这个环节进行修改,系统代码和环境,基本不用做任何修改。

 

这里有两种分发方法:

l CAS Server发送的注销请求,分发给对应的后台服务器。

l CAS Server发送的注销请求,广播到所有的后台服务器。

初步结论:同架构组进行了沟通,这两种方案都很难实现,特别是广播的方案,没在网络上找到类似成功的案例。

3.2.2  集群的节点实现Session同步

如果能实现集群Session的同步:同步创建、同步注销,主要在一个Client上实现了注销,其他Client也就同步注销。

这个会对Tomcat性能有影响。

3.2.3  集群节点使用redis保存会话信息

即使是多个节点,它们的会话信息只有一份。一旦失效,则所有节点都失效。这只是一个设想,没有做技术调研,不知能够实现。

 

这有两种修改方法:

l 修改Tomcat的配置文件,使用redis保存Tomcat的会话信息。

l 修改代码而不是Tomcat,使用redis保存会话信息。

初步结论:架构组不允许修改生产环境的Tomcat,否定了第一种方法。我们只能尝试修改代码并利用redis保存会话。

3.2.4  每次请求验证用户是否注销

首先,在CAS Server中实现一个接口,用于判断某一个ST对应的TGT是否还有效。

在SingleSignOutFilter中,每次访问都调用CAS Server的这个新接口,判断用户是否已经注销。如果已经注销,则立刻注销本实例中的会话信息。

这个方法是比较安全的解决办法,但每次请求都会调用CASServer接口,会对性能造成巨大影响。完全不建议用这种方案。

 

3.2.5  几种策略的初步调研

对前面提到的几种方案做了初步调研之后:

l 技术实现困难,否定了方案1

l 性能考虑以及架构组的策略,否定方案2

l 架构组的策略,否定方案3中的第一种做法。

l 性能考虑,否定方案4。

因此,可能的做法是修改代码,使用redis保存会话信息。

四  使用redis保存会话

在目前的生产环境的限制下,我们只能采用修改代码来实现redis保存会话的实现方案。

4.1 Request和Session缺省怎么实现

在Tomcat缺省的实现中,Session信息都是保存在JVM中,所以不能跨JVM共享。

要想将所有的session都保存到redis中,一种能想到的简单办法是自己写一个CustomSession,将会话信息保存到这个自定义的Session中,并且利用redis等进行保存。但这样做,会带来很大的代码改动,所有涉及到session读写操作的地方可能都需要修改。

我们希望找到更优雅的解决方案,能够修改更少的代码。

4.2 WEB请求的执行过程

Request 和Session什么时候创建?如何传递?

Filter的调用入口函数是doFilter,传入的主要参数是request和response。在此之前,Tomcat已经创建好request。通常情况下,业务代码不需要关心request和session等对象如何创建的问题,只需要使用即可。每个过滤器的实现,当需要继续流程的时候,只需要将得到的request和response传递给下一个filter就行。

但这仅仅是缺省做法,并不表示我们不能修改或重写一个request对象。我们想修改Session的保存位置,如果能在所有的Filter之前插入一个自定义过滤器,定义一个新的Request传递给后面的Filter,并且让后面的Filter和Servlet感受不到变化,就可以实现这个目标。

4.3 如何定制Request

4.3.1  增加过滤器

在所有的Filter之前,插入一个新的Filter。

HttpServletRequest可以重写吗?

4.3.2  Tomcat的Request实现

4.3.3  改写之后的Request实现

在Session重写一个RedisSessionRequest,继承自HttpServletRequestWrapper,并包含原request(RequestFacade)的引用。但需要读取Form参数时,直接调用oriRequest取值。当需要拿到Session对象进行会话信息访问时,调用重载后的函数。

这样就实现了request的封装,在后续的filter和servlet中通过request获取到的session,都是放在redis中的会话数据,不再是缺省保存在JVM中的数据。

4.3.4  集群环境的session读写

当nginx将同一个浏览器的请求分发给不同的Tomcat时,都会根据SessionId从redis中读取Session。因为同一个浏览器发送请求的SessionID相同,所以在不同的Tomcat实例中,会读取到同一个Session对象。

4.4 使用Spring Session实现

根据前面的分析,在项目中自定义Request,就可以实现需求。Spring Session已经是一个成熟的开源实现,并且后端实现了将会话保存在redis、mongodb、jdbc等多种实现,我们没必要自己发明轮子。

Spring提供的例子代码很简洁,跟我们已经实现的业务系统稍微有点不同。在现有系统中,已经定义了bean jedisConnectionFactory,可以直接使用。

4.4.1  修改pom.xml

在pom.xml文件中,添加代码

<dependency>

         <groupId>org.springframework.session</groupId>

         <artifactId>spring-session-data-redis</artifactId>

         <version>1.2.0.RELEASE</version>

</dependency>

4.4.2  修改redis配置文件

在项目中已经有redis配置文件spring-redis.xml,在其中添加内容

<context:annotation-config/>

<beans:beanclass="org.springframework.session.data.redis.config.annotation.web.http.RedisHttpSessionConfiguration"/>

4.4.3  修改web.xml

在所有的过滤器前面添加一个新的过滤器

<filter>

 <filter-name>springSessionRepositoryFilter</filter-name>

 <filter-class>org.springframework.web.filter.DelegatingFilterProxy</filter-class>

</filter>

<filter-mapping>

 <filter-name>springSessionRepositoryFilter</filter-name>

  <url-pattern>/*</url-pattern>

  <dispatcher>REQUEST</dispatcher>

  <dispatcher>ERROR</dispatcher>

</filter-mapping>

4.5 测试实现效果

集成Spring Session后,经过初步测试,能够达到预想效果。(感谢同事瑞钊的实际测试并提供截图)

4.5.1  Session信息已经保存到redis中

用户登录后查看redis中的数据,可以看到这些Session信息。

4.5.2  删除redis中会话的影响

用户登录后继续访问系统,不会切换到CAS登录页面。

如果手工删掉redis中的session,重新访问,可以看到需要重新做一个CAS认证的过程。

4.5.3  统一用户注销的测试

后续需要部署一套生产环境的集群环境,验证统一注销的效果。经过前面两步测试验证,理论上说注销已经不是问题。

本文转载自:https://www.cnblogs.com/codestory/p/5512104.html

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