【杂谈】FilterChain相关知识整理

前言

　　做后台的，Filter肯定没少配置，但是知晓其原理的可能不多。在这之前我也不懂，但这并不影响业务开发，同时也有其他的知识要学，所以一直就没看。这阵子有点闲，刚好在看《How Tomcat Works》的PipeLine相关内容。索性好好梳理一下FilterChain相关的知识。

类图

FilterChain的作用

顾名思义，FilterChain就是一条过滤链。其中每个过滤器（Filter）都可以决定是否执行下一步。

过滤分两个方向，进和出：

进：在把ServletRequest和ServletResponse交给Servlet的service方法之前，需要进行过滤

出：在service方法完成后，往客户端发送之前，需要进行过滤

Filter的定义与配置

定义

一般，我们定义Filter类一般通过实现Filter接口来完成，然后在doFilter方法中编写自己的过滤逻辑。由于方法参数中有Filter对象所在FilterChain的引用，故可以控制过滤链的进行。但控制内容，只能是

1.向下执行

2.不向下执行。

配置

在老项目中，一般直接在web.xml文件中配置。利用<filter></filter>配置过滤器名称，类以及过滤器在链中的位置。

而在Spring Boot项目中，则可以通过FilterRegisterBean来配置过滤器。

FilterChain的执行原理

FilterChain的实现类是上图中的ApplicationFilterChain。一个ApplicationFilterChain对象包含几个主要参数

• n  => filter个数
• pos => 下一个要执行的filter的位置
• Servlet  => 当pos >= n，即过滤完成时，调用Servlet的service方法，把请求交给Servlet
• filters => Filter的相关配置信息

很多人，可能会疑惑，FilterChain是如何实现向下执行的。其实看到上面那些参数，你估计就已经明白了。即FilterChain持有所有Filter的配置信息，它们保存在一个数组中，然后通过移动pos，来获取后续的Filter并执行的。

触发方式：由上一个执行的Filter调用FilterChain的doFilter方法。

以下是ApplicationFilterChain的doFilter和internalDoFilter的源码

/**
     * Invoke the next filter in this chain, passing the specified request
     * and response.  If there are no more filters in this chain, invoke
     * the <code>service()</code> method of the servlet itself.
     *
     * @param request The servlet request we are processing
     * @param response The servlet response we are creating
     *
     * @exception IOException if an input/output error occurs
     * @exception ServletException if a servlet exception occurs
     */
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response)
        throws IOException, ServletException {

        if( Globals.IS_SECURITY_ENABLED ) {
            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);
                            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);
        }
    }

    private void internalDoFilter(ServletRequest request,
                                  ServletResponse response)
        throws IOException, ServletException {

        // Call the next filter if there is one
        if (pos < n) {
            ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++];
            try {
                Filter filter = filterConfig.getFilter();

                if (request.isAsyncSupported() && "false".equalsIgnoreCase(
                        filterConfig.getFilterDef().getAsyncSupported())) {
                    request.setAttribute(Globals.ASYNC_SUPPORTED_ATTR, Boolean.FALSE);
                }
                if( Globals.IS_SECURITY_ENABLED ) {
                    final ServletRequest req = request;
                    final ServletResponse res = response;
                    Principal principal =
                        ((HttpServletRequest) req).getUserPrincipal();

                    Object[] args = new Object[]{req, res, this};
                    SecurityUtil.doAsPrivilege ("doFilter", filter, classType, args, principal);
                } else {
                    filter.doFilter(request, response, this);
                }
            } catch (IOException | ServletException | RuntimeException e) {
                throw e;
            } catch (Throwable e) {
                e = ExceptionUtils.unwrapInvocationTargetException(e);
                ExceptionUtils.handleThrowable(e);
                throw new ServletException(sm.getString("filterChain.filter"), e);
            }
            return;
        }

        // We fell off the end of the chain -- call the servlet instance
        try {
            if (ApplicationDispatcher.WRAP_SAME_OBJECT) {
                lastServicedRequest.set(request);
                lastServicedResponse.set(response);
            }

            if (request.isAsyncSupported() && !servletSupportsAsync) {
                request.setAttribute(Globals.ASYNC_SUPPORTED_ATTR,
                        Boolean.FALSE);
            }
            // Use potentially wrapped request from this point
            if ((request instanceof HttpServletRequest) &&
                    (response instanceof HttpServletResponse) &&
                    Globals.IS_SECURITY_ENABLED ) {
                final ServletRequest req = request;
                final ServletResponse res = response;
                Principal principal =
                    ((HttpServletRequest) req).getUserPrincipal();
                Object[] args = new Object[]{req, res};
                SecurityUtil.doAsPrivilege("service",
                                           servlet,
                                           classTypeUsedInService,
                                           args,
                                           principal);
            } else {
                servlet.service(request, response);
            }
        } catch (IOException | ServletException | RuntimeException e) {
            throw e;
        } catch (Throwable e) {
            e = ExceptionUtils.unwrapInvocationTargetException(e);
            ExceptionUtils.handleThrowable(e);
            throw new ServletException(sm.getString("filterChain.servlet"), e);
        } finally {
            if (ApplicationDispatcher.WRAP_SAME_OBJECT) {
                lastServicedRequest.set(null);
                lastServicedResponse.set(null);
            }
        }
    }

FilterChain的执行结构

doFilter1 { //Filter1的doFilter方法
    ...
    doFilter2 { //Filter2的doFilter方法
        ...
        doFilter3 {
            ...
            doFilterN {
                ...
                service(request, response);
            }
        }
    }
    operation1();
}

对于CoyoteAdapter来说，它只调用了一次FilterChain的doFilter方法。这个方法内部到底执行了什么，它不知道，它只知道当这个方法返回的时候，它就把响应内容返回给客户端。

在这个doFilter内部嵌套执行多个Filter的doFilter方法，结构有点类似递归。如上，当所有Filter都完成的时候，会调用Servlet的service方法。最后逐层返回，执行完operaion1()。FilterChain的调用就算完成了。

不调用service的情况

可能出现在chain中的某个环节检测到，请求不合规。则可以直接返回，而不用执行doFilter方法。也就不会交给servlet执行。

那必要的提示信息怎么办？

在实际应用中可能要告知用户的违规情况，这其实挺简单的。因为在doFilter方法中，request和response的引用已经有了，直接操作response就可以了。比如你要返回一个JSON格式的错误信息。你就可以在Repsonse的OutputStream中写入相应的JSON字符串。然后设置Content-Type为application/json，设置Content-Length为字符串的长度。直接返回就可以了。

FilterChain对象与请求的关系

看到上面移动pos（本质上就是++操作），估计有人会跟我一样想到线程安全问题，即FilterChain是否会存在多线程访问的情况。如果存在多线程访问，由于每个线程的过滤进度可能都不一样，必然会互相干扰。

答案是这样，每个请求都会创建一个新的FilterChain对象。

注意：Filter配置是针对整个Web项目的，而每个FilterChain对象是针对每个请求的。

我是怎么知道的？

猜测加验证。即定位ApplicationFilterChain的创建操作即可。ApplicationFilterChain对象由ApplicationFilterFactory工厂的createFilterChain方法生成。而这个方法在ApplicationDispatcher的invoke方法内被调用。这个invoke方法是Connector把新请求传递给Container的方式。

责任链模式

FilterChain就是典型的责任链模式的实现案例。类似的还有，Tomcat的Pipeline Task，Netty的ChannelPipeline.