Servlet过滤器简单探索

过滤器的工作时机介于浏览器和Servlet请求处理之间，可以拦截浏览器对Servlet的请求，也可以改变Servlet对浏览器的响应。

其工作模式大概是这样的：

一、Filter的原理

在Servlet API中，过滤器接口Filter会依赖于FilterChain和FilterConfig两个接口，都位于package javax.servlet;包中。

在Tomcat容器中，ApplicationFilterChain和ApplicationFilterConfig两个类分别实现了FilterChain和FilterConfig两个接口。

Filter接口和FilterChain接口都有一个叫doFilter()的方法，Filter的doFilter()在web应用中编写具体的过滤器时，由继承Filter的实现类来重写；FilterChain接口的doFilter()方法由Tomcat容器实现了。

相关接口和类的结构关系如下图：

以下简单探索Filter的原理。

ApplicationFilterChain类在Tomcat源码中位于包org.apache.catalina.core中。

用ApplicationFilterConfig类型的数组filters保存了web应用中设置的若干个ApplicationFilterConfig实例，由ApplicationFilterConfig实例可以获得web中定义的Filter实例。因此在这种意义上，ApplicationFilterConfig实例也就的映射成Filter实例。

pos指针记录filters数组中当前的ApplicationFilterConfig实例索引。

n指针存储所有的ApplicationFilterConfig实例数量。

在ApplicationFilterChain中，主要实现了FilterChain的doFilter()方法。

　　 //package org.apache.catalina.core;
    //继承javax.servlet.FilterChain(request,response)方法
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response)
        throws IOException, ServletException {
        if( Globals.IS_SECURITY_ENABLED ) {//判断是否设置安全管理器
            final ServletRequest req = request;
            final ServletResponse res = response;
            try {
                java.security.AccessController.doPrivileged(
                    new java.security.PrivilegedExceptionAction<Void>() {
                        @Override
                        public Void run()
                            throws ServletException, IOException {
                            internalDoFilter(req,res);//调用内部私有的internalDoFilter()方法
                            return null;
                        }
                    }
                );
            } catch( PrivilegedActionException pe) {
                Exception e = pe.getException();
                if (e instanceof ServletException)
                    throw (ServletException) e;
                else if (e instanceof IOException)
                    throw (IOException) e;
                else if (e instanceof RuntimeException)
                    throw (RuntimeException) e;
                else
                    throw new ServletException(e.getMessage(), e);
            }
        } else {
            internalDoFilter(request,response);//调用内部私有的internalDoFilter()方法
        }
    }

内部私有的internalDoFilter()方法如下：

    private void internalDoFilter(ServletRequest request,ServletResponse response)
        throws IOException, ServletException {
        if (pos < n) {
            ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++];
            try {
                Filter filter = filterConfig.getFilter();
                //其他处理省略
                if( Globals.IS_SECURITY_ENABLED ) {
                    //其他处理省略
                    //通过invoke()调用filter对象的doFilter()方法
                    SecurityUtil.doAsPrivilege ("doFilter", filter, classType, args, principal);
                } else {
                    //直接调用filter对象的doFilter()方法
                    filter.doFilter(request, response, this);
                }
            } catch (IOException | ServletException | RuntimeException e) {
                //异常处理省略
            }
            return;
        }
        try {
            //其他代码省略
            if ((request instanceof HttpServletRequest) &&
                    (response instanceof HttpServletResponse) &&
                    Globals.IS_SECURITY_ENABLED ) {
                //其他代码省略
                //通过invoke()调用servlet对象的servicer()方法
                SecurityUtil.doAsPrivilege("service",servlet,classTypeUsedInService,args,principal);
            } else {
                //直接调用servlet对象的service()方法
                servlet.service(request, response);
            }
        } catch (IOException | ServletException | RuntimeException e) {
            //异常处理省略
        }
    }

逻辑已经很清楚，当web应用设置了多了过滤器时（比如同时设置字符过滤器、请求参数编码过滤和静态资源过滤器三个过滤器）。会依次调用这三个Filter实例的doFilter方法，就相当于是一个任务链，完成之后，在调用servlet的service()方法正式处理请求逻辑。

总结起来，过滤器的工作流程大致如下：

请求到来，陆续调用各个Filter实例的doFilter()方法，然后在调用servlet的service()处理请求，之后在执行位于doFilter()方法后的代码处理逻辑，最后才返回给浏览器。

            //service()前的处理逻辑
            chain.doFilter(req, res);
            //service()后的处理逻辑

二、简单应用

常见的设置过滤器的场景为：

1、特殊字符过滤器（如html页面元素：<，>等）；

2、请求参数编码过滤器（GET请求参数和POST请求参数编码设置）；

3、登录检测过滤器（判定用户是否登录）等等。

如下针对2和3的场景实现一个过滤器：

package com.tms.web;

import java.io.IOException;

import javax.servlet.Filter;
import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.FilterConfig;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.ServletRequest;
import javax.servlet.ServletResponse;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

import org.apache.log4j.Logger;

public class TMSFilter implements Filter {
    private static Logger logger = Logger.getLogger(TMSFilter.class);
    public void init(FilterConfig arg0) throws ServletException {
        // TODO Auto-generated method stub
    }
    public void destroy() {
        // TODO Auto-generated method stub
    }
    public void doFilter(ServletRequest resquest, ServletResponse response,
            FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        // TODO Auto-generated method stub
        HttpServletRequest req = (HttpServletRequest)resquest;
        HttpServletResponse res = (HttpServletResponse)response;
        logger.info(req.getRequestURL());
        //用户登录检测
        if (req.getSession().getAttribute("hasLoginedUsername") != null) {
            //请求参数编码设置
            HttpServletRequest wreq = new TMSRequestWrapper(req,"UTF-8");
            chain.doFilter(wreq, res);
            //service()后的处理逻辑
        }else {
            res.sendRedirect("/tms/login");
        }
    }
}

通过继承HttpServletRequestWrapper类，覆盖其getParameter(String name)方法，将请求对象包装处理，使其针对GET和POST请求都能够正确的处理编码问题，这样的好处是集中在一个地方处理编码问题和登录检测，避免了在每个Servlet的doXXX()方法中去写这部分重复的代码，利于重构和维护，体现了DRY原则。

package com.tms.web;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletRequestWrapper;

public class TMSRequestWrapper extends HttpServletRequestWrapper {
    private String encoding = "";
    public TMSRequestWrapper(HttpServletRequest req,String encoding){
        super(req);
        this.encoding = encoding;
    }
    public String getParameter(String name){
        HttpServletRequest req = (HttpServletRequest)getRequest();
        String value = "";

        try {
            //POST请求编码设置，直接通过setCharacterEncoding()来设置编码方式
            req.setCharacterEncoding(encoding);
            value = req.getParameter(name);
             //如果为GET请求,通过获取字节数据再转化为String对象来设置编码方式
            if("GET".equals(req.getMethod())){
                if (value != null) {
                    byte[] b = value.getBytes("ISO-8859-1");//ISO-8859-1
                    value = new String(b, encoding);
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
            new RuntimeException(e);
        }
        return value;
    }
}

参考资料：

1、《深入分析java web技术内幕》

2、《Servlet和JSP笔记》

3、apache-tomcat-9.0.1-src