Cookie、Session、Token、JWT 是什么？万字图解带你一次搞懂！看完这篇，你连老奶奶都能教

在讲这几个专业术语之前，我们先看一下这样的场景：

你去银行准备办理业务，柜台工作人员礼貌地问你：“请问您要办理什么业务？” 你说：“我要查询我还有多少余额。” 等工作人员处理完之后，你紧接着说：“我还想转账 1000 块钱。” 这时候，工作人员一脸茫然地看着你：“请问您是谁？需要办理什么业务？” 此时你开始懵逼了，不是刚刚已经办理过业务嘛，怎么还要确认我的身份？ 但是，你作为一位文明人，你还是耐着性子重新提供了你自己的身份证明。然而，当你转账了 1000 块钱后，你发现你还需要再取 500 块钱现金出来，然后紧接着再对工作人员说：“我需要取 500 块钱现金”。 没想到，柜台工作人员又一脸茫然地看着你：“请问您是谁？需要办理什么业务？” 你心里开始犯嘀咕了，只怕是这柜台人员是金鱼的记忆吧？你都想给 Ta 一大逼兜了……

是不是觉得这事情听起来就很荒谬？

但是，这就是 HTTP 协议的真实写照 —— 无状态特性。你每发起一次 HTTP 请求，对服务器来说都是一次全新的请求，它完全不会记得你刚刚做过了什么，就像那个“健忘”的银行柜员一样。

什么是 HTTP 无状态？

HTTP 协议被设计为无状态协议，这意味着每个请求都是独立的，服务器不会保存任何关于客户端的状态信息。就像你每次打电话给客服，都需要重新报上你的姓名和问题一样。

无状态带来的现实问题

在实际的 Web 应用中，无状态特性带来了诸多困扰：

• 用户身份无法维持：用户登录后，下一个请求服务器就"忘记"了用户是谁
• 购物车数据丢失：用户添加商品后，换个页面购物车就空了
• 个性化设置失效：用户的主题、语言偏好等设置无法保存
• 用户体验极差：每次操作都要重新验证身份

虽然“无状态”这种特性有很多烦恼，但是这也使得 HTTP 协议更加轻量、并发性能更好。

那有没有办法解决这个问题呢？

当然有！可以用 Cookie。

Cookie

什么是 Cookie？

Cookie 本质上是服务器发送给浏览器的一小段数据，浏览器会将这段数据存储起来，并在后续的请求中自动携带。就像银行给你办了一张会员卡，下次来的时候你亮出会员卡，工作人员就知道你是谁了。

我们来看看它的工作原理：

cookie流程图

实战操作

后端（PHP）设置 Cookie

<?php
// 登录成功后设置Cookie
setcookie("user_id", "123", time() + 3600, "/"); // 有效期1小时
echo "Cookie已设置";
?>

前端（JS）读取 Cookie

// 获取指定Cookie值
function getCookie(name) {
  const value = "; " + document.cookie;
  const parts = value.split("; " + name + "=");
  if (parts.length === 2) return parts.pop().split(";").shift();
}
console.log(getCookie("user_id")); // 输出: 123

我们可以看到 Cookie 的出现完美解决了 HTTP 无状态的问题，那么，Cookie 有什么弊端吗？

Cookie 的弊端

1. 安全风险：

• Cookie 存储在客户端，用户可以查看和修改 Cookie 中的所有内容，数据容易被篡改。比如，原本我们设置到 cookie 的 user_id 为 123，我们也可以直接改成 456，这样就可以访问到 user_id 为 456 的用户数据了。
• 敏感信息暴露在客户端不安全
• 容易受到 XSS 和 CSRF 攻击

2. 存储限制：

• 大小限制（通常 4KB）
• 数量限制（每个域名最多几十个）

既然 Cookie 是把敏感数据放到客户端极其不安全，那我们能不能把用户数据（已经授权的数据）放在服务端呢？当然，这也是可以的。这就要说到 Session 了。

Session

什么是 Session？

Session 是直接将用户状态信息存储在服务器端，然后颁发一个 Session ID 给到客户端浏览器（相当于颁发了一把钥匙给到了浏览器），浏览器再通过 Cookie 携带这个 Session ID 去访问服务端数据。

我们来看看 Session 的工作原理：

Session 工作原理流程图

操作实战

后端（PHP）Session 用法

<?php
session_start(); // 注意，一定要先启动 Session

// 登录成功后
$_SESSION['user_id'] = 123;
echo "Session已设置";
?>

前端（JS）无感知，Session ID 由浏览器自动携带

// 前端无需手动处理，浏览器自动携带PHPSESSID
fetch('/user/profile')
  .then(res => res.json())
  .then(data => console.log(data));

Session 可以直接将用户数据存储到服务器的任何一个地方，比如：内存、文件、Redis、数据库等……并且成熟的 Session 扩展库还会维护 Session 的生命周期，如：用户不活动（如 30 分钟）超时或主动注销后自动销毁。

Cookie 和 Session 的对比

Session 的出现已经可以解决大部分 Web 端的授权认证了。但是，客户端 APP 呢？也可以使用 Cookie 和 Session 吗？答案，当然是：可以！

虽然一些 HTTP 库可以处理 Cookie 和 Session，但是却始终没有在浏览器环境中使用起来那么丝滑的，毕竟在浏览器环境中 Cookie 和 Session 都可以被自动处理掉。并且，如果后端是服务器集群呢？那么我们还得考虑 Session 的存储问题。

那么，有没有一种方式既可以不用存储又能够安全授权认证呢？

既然说到这里，那么肯定是有解决方案的。这就是：Token。

Token

什么是 Token？

Token 是服务器签发的数字令牌，包含用户身份和权限信息，客户端（浏览器/APP）每次请求时自主出示令牌，无需服务器存储会话状态。

我们来看看 Token 的工作原理流程图：

token工作原理流程图

虽然服务端确实是可以不用存储用户信息了，但是客户端还是需要保存一下 Token 的。一般会使用 LocalStorage / APP 内存进行保存。

JWT 是什么？

JWT 全称为 JSON Web Token，是 Token 的一种规范，也是现在用得最流行的一种 Token 范式。它是一种自包含的令牌格式，将用户信息（Payload）和防伪签名打包成字符串，实现无状态身份验证。

JWT 由三部分组成：

JWT 结构

JWT 由头部（header）、载荷（payload）与签名（signature）组成，一个 JWT 类似下面这样：

{
    "typ":"JWT",
    "alg":"HS256"
}
{
    "iss":"http://localhost",
    "iat":1587000625,
    "exp":1618536625,
    "nbf":1587000625,
    "jti":"iCxsfo97UVUijjjP",
    "sub":1,
    "prv":"13e8d028b391f3b7b63f21933dbad458ff21072e"
}
signature

• 头部声明了加密算法；
• 载荷中有两个比较重要的数据，exp 是过期时间，sub 是 JWT 的主体，这里就是用户的 id；
  • aud（Audience）：受众，也就是接受 JWT 的一方。
  • exp（ExpiresAt）：所签发的 JWT 过期时间，过期时间必须大于签发时间。
  • jti（JWT Id）：JWT 的唯一标识。
  • iat（IssuedAt）：签发时间
  • iss（Issuer）：JWT 的签发者。
  • nbf（Not Before）：JWT 的生效时间，如果未到这个时间则为不可用。
  • sub（Subject）：主题
• 最后的 signature 是由服务器进行的签名，保证了 token 不被篡改。

signature 签名的生成公式示例如下：

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  secret)

JWT 最后是通过 Base64 编码的，也就是说，它可以被翻译回原来的样子来的。所以不要在 JWT 中存放一些敏感信息。

用户 id，过期时间等数据都保存在 Token 中了，所以并不需要将 Token 保存在服务器中，客户端请求的时候在 Header 中携带 Token，服务器获取 Token 后，进行 base64_decode 即可获取数据进行校验，由于已经有了签名，所以不用担心数据被篡改。

有了 token 之后该如何验证 token 的有效性，并得到 token 对应的用户呢？我们的常规流程是：

1. 获取客户端提交的 token
2. 检测 token 中的签名 signature 是否正确
3. 判断 payload 数据中的 exp，是否已经过期
4. 根据 payload 数据中的 sub，取数据库中验证用户是否存在
5. 上述检测不正确，则抛出相应异常

为了方便你可以更好的理解这个过程，我们一起来看看下面这个流程图：

JWT 核心工作流程

是不是现在就清晰了许多？

Cookie vs Session vs Token

现在你应该对 Cookie、Session、Token 不再陌生了吧？

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