一种关于登录的场景演示 - B 站登录和未登录

• 问题：B 站是如何认识我这个登录用户的？
• 问题：HTTP 是无状态，无连接的，怎么能够记住我？

一、引入 HTTP Cookie

定义

HTTP Cookie（也称为 Web Cookie、浏览器 Cookie 或简称 Cookie）是服务器发送到 用户浏览器并保存在浏览器上的一小块数据，它会在浏览器之后向同一服务器再次发 起请求时被携带并发送到服务器上。通常，它用于告知服务端两个请求是否来自同一 浏览器，如保持用户的登录状态、记录用户偏好等。

工作原理

• 当用户第一次访问网站时，服务器会在响应的 HTTP 头中设置 Set-Cookie 字段，用于发送 Cookie 到用户的浏览器。
• 浏览器在接收到 Cookie 后，会将其保存在本地（通常是按照域名进行存储）。
• 在之后的请求中，浏览器会自动在 HTTP 请求头中携带 Cookie 字段，将之 前保存的 Cookie 信息发送给服务器。

分类

• 会话 Cookie（Session Cookie）：在浏览器关闭时失效。
• 持久 Cookie（Persistent Cookie）：带有明确的过期日期或持续时间， 可以跨多个浏览器会话存在。
• 如果 cookie 是一个持久性的 cookie，那么它其实就是浏览器相关的，特 定目录下的一个文件。但直接查看这些文件可能会看到乱码或无法读取的内容， 因为 cookie 文件通常以二进制或 sqlite 格式存储。一般我们查看，直接在浏览 器对应的选项中直接查看即可。

安全性

• 由于 Cookie 是存储在客户端的，因此存在被篡改或窃取的风险。

用途

• 用户认证和会话管理(最重要)
• 跟踪用户行为
• 缓存用户偏好等
• 比如在 chrome 浏览器下，可以直接访问：chrome://settings/cookies

二、认识 cookie

• HTTP 存在一个报头选项：Set-Cookie, 可以用来进行给浏览器设置 Cookie 值。
• 在 HTTP 响应头中添加，客户端（如浏览器）获取并自行设置并保存 Cookie。

基本格式

C++
Set-Cookie: <name>=<value>
其中 <name> 是 Cookie 的名称，<value> 是 Cookie 的值。

完整的 Set-Cookie 示例

C++
Set-Cookie: username=peter; expires=Thu, 18 Dec 2024 12:00:00
UTC; path=/; domain=.example.com; secure; HttpOnly

时间格式必须遵守 RFC 1123 标准，具体格式样例：Tue, 01 Jan 2030 12:34:56 GMT 或者 UTC(推荐)。

关于时间解释：

• Tue: 星期二（星期几的缩写）
• , : 逗号分隔符
• 01: 日期（两位数表示）
• Jan: 一月（月份的缩写）
• 2030: 年份（四位数）
• 12:34:56: 时间（小时、分钟、秒）
• GMT: 格林威治标准时间（时区缩写）

GMT（格林威治标准时间）和 UTC（协调世界时）是两个不同的时间标准，但它们
在大多数情况下非常接近，常常被混淆。以下是两者的简单解释和区别：1. GMT（格林威治标准时间）：￮ GMT 是格林威治标准时间的缩写，它是以英国伦敦的格林威治区为基准的世界时间标准。￮ GMT 不受夏令时或其他因素的影响，通常用于航海、航空、科学、天文等领域。￮ GMT 的计算方式是基于地球的自转和公转。2. UTC（协调世界时）：￮ UTC 全称为“协调世界时”，是国际电信联盟(ITU)制定和维护的标准时间。￮ UTC 的计算方式是基于原子钟，而不是地球的自转，因此它比 GMT 更准确。据称，世界上最精确的原子钟 50 亿年才会误差 1 秒。￮ UTC 是现在用的时间标准，多数全球性的网络和软件系统将其作为标准时间。GMT 和 UTC 的英文全称以及相关信息如下：
1. GMT（格林尼治标准时间）￮ 英文全称：Greenwich Mean Time￮ GMT 是指位于英国伦敦郊区的皇家格林尼治天文台的标准时间，因为本初子午线被定义为通过那里的经线。理论上来说，格林尼治标准时间的正午是指当太阳横穿格林尼治子午线时的时间。￮ 但值得注意的是，地球的自转是有些不规则的，且正在缓慢减速。因此，格林尼治时间已经不再被作为标准时间使用。2. UTC（协调世界时）￮ 英文全称：Coordinated Universal Time￮ UTC 是最主要的世界时间标准，其以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于格林尼治标准时间。￮ UTC 被广泛使用在计算机网络、航空航天等领域，因为它提供了非常准确和可靠的时间参考。总结来说，GMT 和 UTC 都曾是或现在是国际上重要的时间标准，但由于地球自转
的不规则性和原子钟的精确性，UTC 已经成为了全球性的标准时间，而 GMT 则更
多被用作历史和地理上的参考。

区别：

• 计算方式：GMT 基于地球的自转和公转，而 UTC 基于原子钟。
• 准确度：由于 UTC 基于原子钟，它比基于地球自转的 GMT 更加精确。

在实际使用中，GMT 和 UTC 之间的差别通常很小，大多数情况下可以互换使用。但 在需要高精度时间计量的场合，如科学研究、网络通信等，UTC 是更为准确的选择。

关于其他可选属性的解释

• expires=<date>[要验证]：设置 Cookie 的过期日期/时间。如果未指定此属 性，则 Cookie 默认为会话 Cookie，即当浏览器关闭时过期。
• path=<some_path>[要验证]：限制 Cookie 发送到服务器的哪些路径。默认 为设置它的路径。
• domain=<domain_name>[了解即可]：指定哪些主机可以接受该 Cookie。默 认为设置它的主机。
• secure[了解即可]：仅当使用 HTTPS 协议时才发送 Cookie。这有助于防止 Cookie 在不安全的 HTTP 连接中被截获。
• HttpOnly[了解即可]：标记 Cookie 为 HttpOnly，意味着该 Cookie 不能被客户端脚本（如 JavaScript）访问。这有助于防止跨站脚本攻击（XSS）。

以下是对 Set-Cookie 头部字段的简洁介绍

属性	值	描述
username	peter	这是 Cookie 的名称和值，标识用户 名为"peter"。
expires	Thu, 18 Dec 2024 12:00:00 UTC	指定 Cookie 的过期时间。在这个例 子中，Cookie 将在 2024 年 12 月 18 日 12:00:00 UTC 后过期。
path	/	定义 Cookie 的作用范围。这里设置 为根路径/，意味着 Cookie 对.example.com 域名下的所有路径都可用。
domain	.example.com	指定哪些域名可以接收这个 Cookie。点前缀（.）表示包括所有子域名。
secure	-	指示 Cookie 只能通过 HTTPS 协议 发送，不能通过 HTTP 协议发送，增加安全性。
HttpOnly	-	阻止客户端脚本（如 JavaScript）访 问此 Cookie，有助于防止跨站脚本攻击（XSS）。

注意事项

• 每个 Cookie 属性都以分号（;）和空格（ ）分隔。
• 名称和值之间使用等号（=）分隔。
• 如果 Cookie 的名称或值包含特殊字符（如空格、分号、逗号等），则需要 进行 URL 编码。

Cookie 的生命周期

• 如果设置了 expires 属性，则 Cookie 将在指定的日期/时间后过期。
• 如果没有设置 expires 属性，则 Cookie 默认为会话 Cookie，即当浏览器 关闭时过期。

安全性考虑

• 使用 secure 标志可以确保 Cookie 仅在 HTTPS 连接上发送，从而提高安全性。
• 使用 HttpOnly 标志可以防止客户端脚本（如 JavaScript）访问 Cookie， 从而防止 XSS 攻击。
• 通过合理设置 Set-Cookie 的格式和属性，可以确保 Cookie 的安全性、有效 性和可访问性，从而满足 Web 应用程序的需求。

实验测试 cookie

• 测试 cookie 的代码：https://gitee.com/whb-helloworld/linux-plus- meal/tree/master/http-cookie-session/cookie
• chrome 浏览器查看 cookie 不方便，推荐使用 windows 自带浏览器
• 代码文件结构：

C++
Comm.hpp  HttpProtocol.hpp  InetAddr.hpp  LockGuard.hpp  Log.hpp
Main.cc  Makefile  Socket.hpp  TcpServer.hpp  Thread.hpp
ThreadPool.hpp

测试 cookie 写入浏览器

 测试自动提交

• 刷新浏览器，刚刚写入的 cookie 会自动被提交给服务器端

 

测试写入过期时间

• 这里要由自己形成 UTC 统一标准时间，下面是对应的 C++样例代码,以供参考：

C++
std::string GetMonthName(int month)
{std::vector<std::string> months = {"Jan", "Feb", "Mar","Apr", "May", "Jun", "Jul", "Aug", "Sep", "Oct", "Nov", "Dec"};return months[month];
}std::string GetWeekDayName(int day)
{std::vector<std::string> weekdays = {"Sun", "Mon", "Tue","Wed", "Thu", "Fri", "Sat"};return weekdays[day];
}std::string ExpireTimeUseRfc1123(int t) // 秒级别的未来 UTC 时间
{time_t timeout = time(nullptr) + t;// 这个地方有坑哦struct tm *tm = gmtime(&timeout); // 这里不能用 localtime，因为 localtime 是默认带了时区的. gmtime 获取的就是 UTC 统一时间char timebuffer[1024];//时间格式如: expires=Thu, 18 Dec 2024 12:00:00 UTCsnprintf(timebuffer, sizeof(timebuffer),"%s, %02d %s %d %02d:%02d:%02d UTC",GetWeekDayName(tm->tm_wday).c_str(),tm->tm_mday,GetMonthName(tm->tm_mon).c_str(),tm->tm_year+1900,tm->tm_hour,tm->tm_min,tm->tm_sec);return timebuffer;
}

测试路径 path

提交到非/a/b 路径下：

• 比如：http://8.137.19.140:8888/a/x
• 比如：http://8.137.19.140:8888/
• 比如：http://8.137.19.140:8888/x/y

 提交到/a/b 路径下：

 附上部分核心代码

C++
class Http
{
private:std::string GetMonthName(int month){std::vector<std::string> months = {"Jan", "Feb", "Mar",
"Apr", "May", "Jun", "Jul", "Aug", "Sep", "Oct", "Nov", "Dec"};return months[month];}std::string GetWeekDayName(int day){std::vector<std::string> weekdays = {"Sun", "Mon", "Tue",
"Wed", "Thu", "Fri", "Sat"};return weekdays[day];}std::string ExpireTimeUseRfc1123(int t) // 秒级别的未来 UTC 时间{time_t timeout = time(nullptr) + t;struct tm *tm = gmtime(&timeout); // 这里不能用 localtime，
因为 localtime 是默认带了时区的. gmtime 获取的就是 UTC 统一时间char timebuffer[1024];//时间格式如: expires=Thu, 18 Dec 2024 12:00:00 UTCsnprintf(timebuffer, sizeof(timebuffer),"%s, %02d %s %d %02d:%02d:%02d UTC",GetWeekDayName(tm->tm_wday).c_str(),tm->tm_mday,GetMonthName(tm->tm_mon).c_str(),tm->tm_year+1900,tm->tm_hour,tm->tm_min,tm->tm_sec);return timebuffer;}
public:Http(uint16_t port){_tsvr = std::make_unique<TcpServer>(port,std::bind(&Http::HandlerHttp, this, std::placeholders::_1));_tsvr->Init();}std::string ProveCookieWrite() // 证明 cookie 能被写入浏览器{return "Set-Cookie: username=zhangsan;";}std::string ProveCookieTimeOut(){return "Set-Cookie: username=zhangsan; expires=" +ExpireTimeUseRfc1123(60) + ";"; // 让 cookie 1min 后过期}std::string ProvePath(){return "Set-Cookie: username=zhangsan; path=/a/b;";}std::string HandlerHttp(std::string request){HttpRequest req;req.Deserialize(request);req.DebugHttp();lg.LogMessage(Debug, "%s\n",ExpireTimeUseRfc1123(60).c_str());HttpResponse resp;resp.SetCode(200);resp.SetDesc("OK");resp.AddHeader("Content-Type: text/html");//resp.AddHeader(ProveCookieWrite()); //测试 cookie 被写入与自动提交//resp.AddHeader(ProveCookieTimeOut()); //测试过期时间的写入resp.AddHeader(ProvePath()); // 测试路径resp.AddContent("<html><h1>helloworld</h1></html>");return resp.Serialize();}void Run(){_tsvr->Start();}~Http(){}
private:std::unique_ptr<TcpServer> _tsvr;
};

单独使用 Cookie，有什么问题？

• 写入的是测试数据，如果写入的是用户的私密数据呢？比如，用户名密码， 浏览痕迹等。
• 本质问题在于这些用户私密数据在浏览器(用户端)保存，非常容易被人盗取，更 重要的是，除了被盗取，还有就是用户私密数据也就泄漏了。

三、引入 HTTP Session

定义

HTTP Session 是服务器用来跟踪用户与服务器交互期间用户状态的机制。由于 HTTP 协议是无状态的（每个请求都是独立的），因此服务器需要通过 Session 来记住用户 的信息。

工作原理

当用户首次访问网站时，服务器会为用户创建一个唯一的 Session ID，并通过 Cookie 将其发送到客户端。

客户端在之后的请求中会携带这个 Session ID，服务器通过 Session ID 来识 别用户，从而获取用户的会话信息。

服务器通常会将 Session 信息存储在内存、数据库或缓存中。

安全性

与 Cookie 相似，由于 Session ID 是在客户端和服务器之间传递的，因此也存 在被窃取的风险。

但是一般虽然 Cookie 被盗取了，但是用户只泄漏了一个 Session ID，私密信息 暂时没有被泄露的风险

Session ID 便于服务端进行客户端有效性的管理，比如异地登录。

可以通过 HTTPS 和设置合适的 Cookie 属性（如 HttpOnly 和 Secure）来增强安全性。

超时和失效

Session 可以设置超时时间，当超过这个时间后，Session 会自动失效。

服务器也可以主动使 Session 失效，例如当用户登出时。

用途

用户认证和会话管理

存储用户的临时数据（如购物车内容）

实现分布式系统的会话共享（通过将会话数据存储在共享数据库或缓存中）

模拟 session 行为

测试 session 代码链接：https://gitee.com/whb-helloworld/linux-plus- meal/tree/master/http-cookie-session/session

代码文件结构：

C++
Comm.hpp   HttpProtocol.hpp   InetAddr.hpp   LockGuard.hpp   Log.hpp
Main.cc   Makefile   Session.hpp   Socket.hpp   TcpServer.hpp
Thread.hpp   ThreadPool.hpp

部分核心代码：

Session.hpp

C++
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
#include <ctime>
#include <unistd.h>
#include <unordered_map>
// 用来进行测试说明
class Session
{
public:Session(const std::string &username, const std::string &status):_username(username), _status(status){_create_time = time(nullptr); // 获取时间戳就行了，后面实际需要，就转化就转换一下}~Session(){}
public:std::string _username;std::string _status;uint64_t _create_time;//当然还可以再加任何其他信息，看你的需求
};using session_ptr = std::shared_ptr<Session>;class SessionManager
{
public:SessionManager(){srand(time(nullptr) ^ getpid());}std::string AddSession(session_ptr s){uint32_t randomid = rand() + time(nullptr); // 随机数+时间
戳，实际有形成 sessionid 的库，比如 boost uuid 库，或者其他第三方库等std::string sessionid = std::to_string(randomid);_sessions.insert(std::make_pair(sessionid, s));return sessionid;}session_ptr GetSession(const std::string sessionid){if(_sessions.find(sessionid) == _sessions.end()) return nullptr;return _sessions[sessionid];}~SessionManager(){}
private:std::unordered_map<std::string, session_ptr> _sessions;
};

HttpProtocol.hpp

C++
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
#include <vector>
#include <memory>
#include <ctime>
#include <functional>
#include "TcpServer.hpp"
#include "Session.hpp" // 引入 sessionconst std::string HttpSep = "\r\n";// 可以配置的
const std::string homepage = "index.html";
const std::string wwwroot = "./wwwroot";class HttpRequest
{
public:HttpRequest() : _req_blank(HttpSep), _path(wwwroot){}bool GetLine(std::string &str, std::string *line){auto pos = str.find(HttpSep);if (pos == std::string::npos)return false;*line = str.substr(0, pos); // \r\nstr.erase(0, pos + HttpSep.size());return true;}void Parse(){// 解析出来 urlstd::stringstream ss(_req_line);ss >> _method >> _url >> _http_version;// 查找 cookiestd::string prefix = "Cookie: ";for (auto &line : _req_header){std::string cookie;if (strncmp(line.c_str(), prefix.c_str(), prefix.size()) == 0) // 找到了{cookie = line.substr(prefix.size()); // 截取"Cookie: "之后的就行了_cookies.emplace_back(cookie);break;}}// 查找 sessionidprefix = "sessionid=";for (const auto &cookie : _cookies){if (strncmp(cookie.c_str(), prefix.c_str(), prefix.size()) == 0){_sessionid = cookie.substr(prefix.size()); // 截取"sessionid="之后的就行了// std::cout << "_sessionid: " << _sessionid << std::endl;}}}std::string Url(){return _url;}std::string SessionId(){return _sessionid;}bool Deserialize(std::string &request){std::string line;bool ok = GetLine(request, &line);if (!ok)return false;_req_line = line;while (true){bool ok = GetLine(request, &line);if (ok && line.empty()){_req_content = request;break;}else if (ok && !line.empty()){_req_header.push_back(line);}else{break;}}return true;}void DebugHttp(){std::cout << "_req_line: " << _req_line << std::endl;for (auto &line : _req_header){std::cout << "---> " << line << std::endl;}}~HttpRequest(){}
private:// http 报文自动std::string _req_line; // method url http_versionstd::vector<std::string> _req_header;std::string _req_blank;std::string _req_content;// 解析之后的内容std::string _method;std::string _url; // / /dira/dirb/x.html/dira/dirb/XX?usrname=100&&password=1234 /dira/dirbstd::string _http_version;std::string _path; // "./wwwroot"std::string _suffix; // 请求资源的后缀std::vector<std::string> _cookies; // 其实 cookie 可以有多个，因为 Set-Cookie 可以被写多条，测试，一条够了。std::string _sessionid; // 请求携带的 sessionid，仅仅用来测试
};const std::string BlankSep = " ";
const std::string LineSep = "\r\n";
class HttpResponse
{
public:HttpResponse() : _http_version("HTTP/1.0"), _status_code(200),_status_code_desc("OK"), _resp_blank(LineSep){}void SetCode(int code){_status_code = code;}void SetDesc(const std::string &desc){_status_code_desc = desc;}   void MakeStatusLine(){_status_line = _http_version + BlankSep +std::to_string(_status_code) + BlankSep + _status_code_desc +LineSep;}void AddHeader(const std::string &header){_resp_header.push_back(header + LineSep);}void AddContent(const std::string &content){_resp_content = content;}std::string Serialize(){MakeStatusLine();std::string response_str = _status_line;for (auto &header : _resp_header){response_str += header;}response_str += _resp_blank;response_str += _resp_content;return response_str;}~HttpResponse() {}
private:std::string _status_line;std::vector<std::string> _resp_header;std::string _resp_blank;std::string _resp_content; // body// httpversion StatusCode StatusCodeDescstd::string _http_version;int _status_code;std::string _status_code_desc;
};class Http
{
private:std::string GetMonthName(int month){std::vector<std::string> months = {"Jan", "Feb", "Mar","Apr", "May", "Jun", "Jul", "Aug", "Sep", "Oct", "Nov", "Dec"};return months[month];}std::string GetWeekDayName(int day){std::vector<std::string> weekdays = {"Sun", "Mon", "Tue","Wed", "Thu", "Fri", "Sat"};return weekdays[day];}std::string ExpireTimeUseRfc1123(int t) // 秒级别的未来 UTC 时间{time_t timeout = time(nullptr) + t;struct tm *tm = gmtime(&timeout); // 这里不能用 localtime，
因为 localtime 是默认带了时区的. gmtime 获取的就是 UTC 统一时间char timebuffer[1024];// 时间格式如: expires=Thu, 18 Dec 2024 12:00:00 UTCsnprintf(timebuffer, sizeof(timebuffer),"%s, %02d %s %d %02d:%02d:%02d UTC",GetWeekDayName(tm->tm_wday).c_str(),tm->tm_mday,GetMonthName(tm->tm_mon).c_str(),tm->tm_year + 1900,tm->tm_hour,tm->tm_min,tm->tm_sec);return timebuffer;}public:Http(uint16_t port){_tsvr = std::make_unique<TcpServer>(port,std::bind(&Http::HandlerHttp, this, std::placeholders::_1));_tsvr->Init();_session_manager = std::make_unique<SessionManager>();}std::string ProveCookieWrite() // 证明 cookie 能被写入浏览器{return "Set-Cookie: username=zhangsan;";}std::string ProveCookieTimeOut(){return "Set-Cookie: username=zhangsan; expires=" +ExpireTimeUseRfc1123(60) + ";"; // 让 cookie 1min 后过期}std::string ProvePath(){return "Set-Cookie: username=zhangsan; path=/a/b;";}std::string ProveSession(const std::string &session_id){return "Set-Cookie: sessionid=" + session_id + ";";}std::string HandlerHttp(std::string request){HttpRequest req;HttpResponse resp;req.Deserialize(request);req.Parse();// req.DebugHttp();// std::cout << req.Url() << std::endl;// 下面的代码就用来测试，如果你想更优雅，可以回调出去处理static int number = 0;if (req.Url() == "/login") // 用/login path 向指定浏览器写入sessionid，并在服务器维护对应的 session 对象{        std::string sessionid = req.SessionId();if (sessionid.empty()) // 说明历史没有登陆过{std::string user = "user-" +std::to_string(number++);session_ptr s = std::make_shared<Session>(user, "logined");std::string sessionid = _session_manager->AddSession(s);lg.LogMessage(Debug, "%s 被添加, sessionid是: %s\n", user.c_str(),                                 sessionid.c_str());resp.AddHeader(ProveSession(sessionid));}}else{// 当浏览器在本站点任何路径中活跃，都会自动提交 sessionid, 我们就能知道谁活跃了.std::string sessionid = req.SessionId();if (!sessionid.empty()){session_ptr s = _session_manager->GetSession(sessionid);// 这个地方有坑，一定要判断服务器端 session 对象是否存在，因为可能测试的时候// 浏览器还有历史 sessionid，但是服务器重启之后，session 对象没有了.if(s != nullptr)lg.LogMessage(Debug, "%s 正在活跃.\n", s->_username.c_str());elselg.LogMessage(Debug, "cookie : %s 已经过期, 需要清理\n", sessionid.c_str());}}resp.SetCode(200);resp.SetDesc("OK");resp.AddHeader("Content-Type: text/html");// resp.AddHeader(ProveCookieWrite()); //测试 cookie 被写入与自动提交// resp.AddHeader(ProveCookieTimeOut()); //测试过期时间的写入// resp.AddHeader(ProvePath()); // 测试路径resp.AddContent("<html><h1>helloworld</h1></html>");return resp.Serialize();}void Run(){_tsvr->Start();}~Http(){}
private:std::unique_ptr<TcpServer> _tsvr;std::unique_ptr<SessionManager> _session_manager;
};

实验测试 session

• 准备两个浏览器： Google Chrome 和 Microsoft Edge(windows 自带的)

1. 删除浏览器中指定的服务器上的所有的 cookie

• 如果历史上没有做过测试，就不删了。
• chrome 的 cookie 有些特殊，实验不出来，尝试打印 chrome 浏览器发过来 的 http 请求，观察 cookie 部分，你就能知道为什么要删除历史 cookie。

      2. 访问/login, 模拟登录

      3.  两个服务器访问任意的站点资源

四、总结

HTTP Cookie 和 Session 都是用于在 Web 应用中跟踪用户状态的机制。Cookie 是存 储在客户端的，而 Session 是存储在服务器端的。它们各有优缺点，通常在实际应用 中会结合使用，以达到最佳的用户体验和安全性。

 

附录：

• favicon.ico 是一个网站图标，通常显示在浏览器的标签页上、地址栏旁边或收 藏夹中。这个图标的文件名 favicon 是 "favorite icon" 的缩写，而 .ico 是图标的文件格式。
• 浏览器在发起请求的时候，也会为了获取图标而专门构建 http 请求，我们不管它。