Java三大器之過濾器（Filter）的工作原理和程式碼演示

阿新 • • 發佈：2018-12-30

一、Filter簡介

　　Filter也稱之為過濾器，它是Servlet技術中最激動人心的技術之一，WEB開發人員通過Filter技術，對web伺服器管理的所有web資源：例如Jsp,
Servlet, 靜態圖片檔案或靜態html檔案等進行攔截，從而實現一些特殊的功能。例如實現URL級別的許可權訪問控制、過濾敏感詞彙、壓縮響應資訊等
一些高階功能。
　　Servlet API中提供了一個Filter介面，開發web應用時，如果編寫的Java類實現了這個介面，則把這個java類稱之為過濾器Filter。通過Filter
技術，開發人員可以實現使用者在訪問某個目標資源之前，對訪問的請求和響應進行攔截，Filter介面原始碼：

public abstract interface Filter{
    public abstract void init(FilterConfig paramFilterConfig) throws ServletException;
    public abstract void doFilter(ServletRequest paramServletRequest, ServletResponse paramServletResponse, FilterChain 
        paramFilterChain) throws IOException, ServletException;
    public abstract void destroy();
}

二、Filter是如何實現攔截的？(Filter的工作原理)

　　Filter介面中有一個doFilter方法，當我們編寫好Filter，並配置對哪個web資源進行攔截後，WEB伺服器每次在呼叫web資源的service方法之前，
都會先呼叫一下filter的doFilter方法，因此，在該方法內編寫程式碼可達到如下目的：
    呼叫目標資源之前，讓一段程式碼執行。
    是否呼叫目標資源（即是否讓使用者訪問web資源）。
    呼叫目標資源之後，讓一段程式碼執行。
　　web伺服器在呼叫doFilter方法時，會傳遞一個filterChain物件進來，filterChain物件是filter介面中最重要的一個物件，它也提供了一個
doFilter方法，開發人員可以根據需求決定是否呼叫此方法，呼叫該方法，則web伺服器就會呼叫web資源的service方法，即web資源就會被訪問，
否則web資源不會被訪問。

三、Filter開發流程

3.1、Filter開發步驟
Filter開發分為2步：
* 編寫java類實現Filter介面，並實現其doFilter方法。
* 在web.xml 檔案中使用<filter>和<filter-mapping>元素對編寫的filter類進行註冊，並設定它所能攔截的資源。

過濾器範例：

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;
/**
 * @author yangcq
 * @description 過濾器Filter的工作原理
 */
public class FilterTest implements Filter{

    public void destroy() {
        System.out.println("----Filter銷燬----");
    }

    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response,FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
        // 對request、response進行一些預處理
        request.setCharacterEncoding("UTF-8");
        response.setCharacterEncoding("UTF-8");
        response.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
        System.out.println("----呼叫service之前執行一段程式碼----");
        filterChain.doFilter(request, response); // 執行目標資源，放行
        System.out.println("----呼叫service之後執行一段程式碼----");
    }

    public void init(FilterConfig arg0) throws ServletException {
        System.out.println("----Filter初始化----");
    }
}

在web. xml中配置過濾器：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app version="3.0" 
    xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/javaee" 
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 
    xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/javaee 
    http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-app_3_0.xsd">
  <display-name></display-name>    
  <welcome-file-list>
    <welcome-file>index.jsp</welcome-file>
  </welcome-file-list>
  <!--配置過濾器-->
  <filter>
      <filter-name>FilterTest</filter-name>
      <filter-class>com.yangcq.filter.FilterTest</filter-class>
  </filter>
  <!--對映過濾器-->
  <filter-mapping>
      <filter-name>FilterTest</filter-name>
      <!--“/*”表示攔截所有的請求 -->
      <url-pattern>/*</url-pattern>
  </filter-mapping>
</web-app>

3.2、Filter鏈
　　在一個web應用中，可以開發編寫多個Filter，這些Filter組合起來稱之為一個Filter鏈。web伺服器根據Filter在web.xml檔案中的註冊順序，
決定先呼叫哪個Filter，當第一個Filter的doFilter方法被呼叫時，web伺服器會建立一個代表Filter鏈的FilterChain物件傳遞給該方法。在doFilter
方法中，開發人員如果呼叫了FilterChain物件的doFilter方法，則web伺服器會檢查FilterChain物件中是否還有filter，如果有，則呼叫第2個filter，
如果沒有，則呼叫目標資源。

四，Spring框架下，過濾器的配置
如果專案中使用了Spring框架，那麼，很多過濾器都不用自己來寫了，Spring為我們寫好了一些常用的過濾器。下面我們就以字元編碼的
過濾器CharacterEncodingFilter為例，來看一下Spring框架下，如果配置過濾器。

    <filter>
        <filter-name>encodingFilter</filter-name>
        <filter-class>org.springframework.web.filter.CharacterEncodingFilter</filter-class>
        <init-param>
            <param-name>encoding</param-name>
            <param-value>UTF-8</param-value>
        </init-param>
        <init-param>
            <param-name>forceEncoding</param-name>
            <param-value>true</param-value>
        </init-param>
    </filter>
    
    <filter-mapping>
        <filter-name>encodingFilter</filter-name>
        <url-pattern>/*</url-pattern>
    </filter-mapping>

很簡單吧，這樣幾行配置程式碼，就完成了從全域性控制字元編碼的功能。接下來，我們看一下CharacterEncodingFilter這個過濾器的關鍵程式碼，感受
一下，大師的風采，如果我們寫過濾器的話，可以以此為範例。

package org.springframework.web.filter;
import java.io.IOException;
import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import org.springframework.util.ClassUtils;
public class CharacterEncodingFilter extends OncePerRequestFilter{
    private static final boolean responseSetCharacterEncodingAvailable = ClassUtils.hasMethod(
        class$javax$servlet$http$HttpServletResponse, "setCharacterEncoding", new Class[] { String.class });
    // 需要設定的編碼方式，為了支援可配置，Spring把編碼方式設定成了一個變數
    private String encoding;
    // 是否強制使用統一編碼，也是為了支援可配置
    private boolean forceEncoding;
    // 構造器，在這裡，Spring把forceEncoding的值預設設定成了false
    public CharacterEncodingFilter(){
        this.forceEncoding = false;
    }
    // encoding/forceEncoding的setter方法
    public void setEncoding(String encoding){
        this.encoding = encoding;
    }
    public void setForceEncoding(boolean forceEncoding){
        this.forceEncoding = forceEncoding;
    }
    // Spring通過GenericFilterBean抽象類，對Filter介面進行了整合，
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)
        throws ServletException, IOException{
        if ((this.encoding != null) && (((this.forceEncoding) || (request.getCharacterEncoding() == null)))) {
            request.setCharacterEncoding(this.encoding);
            if ((this.forceEncoding) && (responseSetCharacterEncodingAvailable)) {
                response.setCharacterEncoding(this.encoding);
            }
        }
        filterChain.doFilter(request, response);
    }
}

GenericFilterBean類：
public abstract class GenericFilterBean implements Filter, BeanNameAware, ServletContextAware, InitializingBean, DisposableBean

還沒有過癮，那就再看一個專案中使用過的一個過濾器：InvilidCharacterFilter（防止指令碼攻擊的過濾器）


import java.io.IOException;
import java.util.Enumeration;
import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.RequestDispatcher;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.springframework.web.filter.CharacterEncodingFilter;
/*
 * InvalidCharacterFilter：過濾request請求中的非法字元，防止指令碼攻擊
 * InvalidCharacterFilter繼承了Spring框架的CharacterEncodingFilter過濾器，當然，我們也可以自己實現這樣一個過濾器
 */
public class InvalidCharacterFilter extends CharacterEncodingFilter{
    // 需要過濾的非法字元
    private static String[] invalidCharacter = new String[]{
        "script","select","insert","document","window","function",
        "delete","update","prompt","alert","create","alter",
        "drop","iframe","link","where","replace","function","onabort",
        "onactivate","onafterprint","onafterupdate","onbeforeactivate",
        "onbeforecopy","onbeforecut","onbeforedeactivateonfocus",
        "onkeydown","onkeypress","onkeyup","onload",
        "expression","applet","layer","ilayeditfocus","onbeforepaste",
        "onbeforeprint","onbeforeunload","onbeforeupdate",
        "onblur","onbounce","oncellchange","oncontextmenu",
        "oncontrolselect","oncopy","oncut","ondataavailable",
        "ondatasetchanged","ondatasetcomplete","ondeactivate",
        "ondrag","ondrop","onerror","onfilterchange","onfinish","onhelp",
        "onlayoutcomplete","onlosecapture","onmouse","ote",
        "onpropertychange","onreadystatechange","onreset","onresize",
        "onresizeend","onresizestart","onrow","onscroll",
        "onselect","onstaronsubmit","onunload","IMgsrc","infarction"
    };

    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)
            throws ServletException, IOException{   
        String parameterName = null;
        String parameterValue = null;
        // 獲取請求的引數
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Enumeration<String> allParameter = request.getParameterNames();
        while(allParameter.hasMoreElements()){
            parameterName = allParameter.nextElement();
            parameterValue = request.getParameter(parameterName);
            if(null != parameterValue){
                for(String str : invalidCharacter){
                    if (StringUtils.containsIgnoreCase(parameterValue, str)){
                        request.setAttribute("errorMessage", "非法字元：" + str);
                        RequestDispatcher requestDispatcher = request.getRequestDispatcher("/error.jsp");
                        requestDispatcher.forward(request, response);
                        return;
                    }
                }
            }
        }
        super.doFilterInternal(request, response, filterChain);
    }
}

接下來需要在web.xml中進行配置：

    <filter>
        <filter-name>InvalidCharacterFilter</filter-name>
        <filter-class>com.yangcq.filter.InvalidCharacterFilter</filter-class>
    </filter>
    <filter-mapping>
        <filter-name>InvalidCharacterFilter</filter-name>
        <url-pattern>/*</url-pattern>
    </filter-mapping>

如果我們不使用Spring的CharacterEncodingFilter類，可以自己來寫。

import java.io.IOException;
import java.util.Enumeration;
import javax.servlet.Filter;
import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.FilterConfig;
import javax.servlet.RequestDispatcher;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.ServletRequest;
import javax.servlet.ServletResponse;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
/**
 * SelfDefineInvalidCharacterFilter：過濾request請求中的非法字元，防止指令碼攻擊
 */
public class SelfDefineInvalidCharacterFilter implements Filter{

    public void destroy() {
        
    }

    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
        String parameterName = null;
        String parameterValue = null;
        // 獲取請求的引數
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Enumeration<String> allParameter = request.getParameterNames();
        while(allParameter.hasMoreElements()){
            parameterName = allParameter.nextElement();
            parameterValue = request.getParameter(parameterName);
            if(null != parameterValue){
                for(String str : invalidCharacter){
                    if (StringUtils.containsIgnoreCase(parameterValue, str)){
                        request.setAttribute("errorMessage", "非法字元：" + str);
                        RequestDispatcher requestDispatcher = request.getRequestDispatcher("/error.jsp");
                        requestDispatcher.forward(request, response);
                        return;
                    }
                }
            }
        }
        filterChain.doFilter(request, response); // 執行目標資源，放行
    }

    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
        
    }
    // 需要過濾的非法字元
    private static String[] invalidCharacter = new String[]{
        "script","select","insert","document","window","function",
        "delete","update","prompt","alert","create","alter",
        "drop","iframe","link","where","replace","function","onabort",
        "onactivate","onafterprint","onafterupdate","onbeforeactivate",
        "onbeforecopy","onbeforecut","onbeforedeactivateonfocus",
        "onkeydown","onkeypress","onkeyup","onload",
        "expression","applet","layer","ilayeditfocus","onbeforepaste",
        "onbeforeprint","onbeforeunload","onbeforeupdate",
        "onblur","onbounce","oncellchange","oncontextmenu",
        "oncontrolselect","oncopy","oncut","ondataavailable",
        "ondatasetchanged","ondatasetcomplete","ondeactivate",
        "ondrag","ondrop","onerror","onfilterchange","onfinish","onhelp",
        "onlayoutcomplete","onlosecapture","onmouse","ote",
        "onpropertychange","onreadystatechange","onreset","onresize",
        "onresizeend","onresizestart","onrow","onscroll",
        "onselect","onstaronsubmit","onunload","IMgsrc","infarction"
    };

}

接下來需要在web.xml中進行配置：

    <filter>
        <filter-name>SelfDefineInvalidCharacterFilter</filter-name>
        <filter-class>com.yangcq.filter.SelfDefineInvalidCharacterFilter</filter-class>
    </filter>
    <filter-mapping>
        <filter-name>SelfDefineInvalidCharacterFilter</filter-name>
        <url-pattern>/*</url-pattern>
    </filter-mapping>

五、Filter的生命週期

5.1、Filter的建立
　　Filter的建立和銷燬由web伺服器負責。 web應用程式啟動時，web伺服器將建立Filter的例項物件，並呼叫其init方法，完成物件的初始化
功能，從而為後續的使用者請求作好攔截的準備工作，filter物件只會建立一次，init方法也只會執行一次。通過init方法的引數，可獲得代表當前
filter配置資訊的FilterConfig物件。

5.2、Filter的銷燬
　　web容器呼叫destroy方法銷燬Filter。destroy方法在Filter的生命週期中僅執行一次。在destroy方法中，可以釋放過濾器使用的資源。

5.3、FilterConfig介面
　　使用者在配置filter時，可以使用<init-param>為filter配置一些初始化引數，當web容器例項化Filter物件，呼叫其init方法時，會把封裝了
filter初始化引數的filterConfig物件傳遞進來。因此開發人員在編寫filter時，通過filterConfig物件的方法，就可獲得：
　　String getFilterName()：得到filter的名稱。
　　String getInitParameter(String name)：返回在部署描述中指定名稱的初始化引數的值。如果不存在返回null.
　　Enumeration getInitParameterNames()：返回過濾器的所有初始化引數的名字的列舉集合。
　　public ServletContext getServletContext()：返回Servlet上下文物件的引用。

示例：利用FilterConfig得到filter配置資訊

package com.yangcq.filter;
import java.io.IOException;
import java.util.Enumeration;
import javax.servlet.Filter;
import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.FilterConfig;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.ServletRequest;
import javax.servlet.ServletResponse;
public class FilterTest implements Filter {

    /* 過濾器初始化
     * @see javax.servlet.Filter#init(javax.servlet.FilterConfig)
     */
    @Override
    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
        System.out.println("----過濾器初始化----");
        /**
         *  <filter>
                  <filter-name>FilterTest</filter-name>
                  <filter-class>com.yangcq.filter.FilterTest</filter-class>
                  <!--配置FilterTest過濾器的初始化引數-->
                  <init-param>
                      <description>FilterTest</description>
                      <param-name>name</param-name>
                      <param-value>gacl</param-value>
                  </init-param>
                  <init-param>
                      <description>配置FilterTest過濾器的初始化引數</description>
                      <param-name>like</param-name>
                      <param-value>java</param-value>
                  </init-param>
            </filter>
            
             <filter-mapping>
                  <filter-name>FilterDemo02</filter-name>
                  <!--“/*”表示攔截所有的請求 -->
                  <url-pattern>/*</url-pattern>
             </filter-mapping>
         */
        //得到過濾器的名字
        String filterName = filterConfig.getFilterName();
        //得到在web.xml檔案中配置的初始化引數
        String initParam1 = filterConfig.getInitParameter("name");
        String initParam2 = filterConfig.getInitParameter("like");
        //返回過濾器的所有初始化引數的名字的列舉集合。
        Enumeration<String> initParameterNames = filterConfig.getInitParameterNames();
        
        System.out.println(filterName);
        System.out.println(initParam1);
        System.out.println(initParam2);
        while (initParameterNames.hasMoreElements()) {
            String paramName = (String) initParameterNames.nextElement();
            System.out.println(paramName);
        }
    }

    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response,
            FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        System.out.println("FilterDemo02執行前！！！");
        chain.doFilter(request, response);  //讓目標資源執行，放行
        System.out.println("FilterDemo02執行後！！！");
    }

    @Override
    public void destroy() {
        System.out.println("----過濾器銷燬----");
    }
}

六、Filter的部署時的一些引數的含義

Filter的部署分為兩個步驟：
　　1、註冊Filter
　　2、對映Filter

6.1、註冊Filter
　　開發好Filter之後，需要在web.xml檔案中進行註冊，這樣才能夠被web伺服器呼叫。在web.xml檔案中註冊Filter範例：

<filter>
    <description>過濾器名稱</description>
    <filter-name>自定義的名字</filter-name>
    <filter-class>com.yangcq.filter.FilterTest</filter-class>
    <!--配置FilterTest過濾器的初始化引數-->
    <init-param>
        <description>配置過濾器的初始化引數</description>
        <param-name>name</param-name>
        <param-value>gacl</param-value>
    </init-param>
    <init-param>
        <description>配置FilterTest過濾器的初始化引數</description>
        <param-name>like</param-name>
        <param-value>java</param-value>
    </init-param>
</filter>

<description>用於新增描述資訊，該元素的內容可為空，<description>可以不配置。
　　<filter-name>用於為過濾器指定一個名字，該元素的內容不能為空。
　　<filter-class>元素用於指定過濾器的完整的限定類名。
　　<init-param>元素用於為過濾器指定初始化引數，它的子元素<param-name>指定引數的名字，<param-value>指定引數的值。在過濾器中，
可以使用FilterConfig介面物件來訪問初始化引數。如果過濾器不需要指定初始化引數，那麼<init-param>元素可以不配置。

6.2、對映Filter
　　在web.xml檔案中註冊了Filter之後，還要在web.xml檔案中對映Filter

<filter-mapping>
      <filter-name>FilterTest</filter-name>
      
      <url-pattern>/*</url-pattern>
</filter-mapping>

<filter-mapping>元素用於設定一個 Filter 所負責攔截的資源。一個Filter攔截的資源可通過兩種方式來指定：Servlet 名稱和資源訪問的請求路徑
　　<filter-name>子元素用於設定filter的註冊名稱。該值必須是在<filter>元素中宣告過的過濾器的名字
　　<url-pattern>設定 filter 所攔截的請求路徑(過濾器關聯的URL樣式)
　　<servlet-name>指定過濾器所攔截的Servlet名稱。
　　<dispatcher>指定過濾器所攔截的資源被 Servlet 容器呼叫的方式，可以是REQUEST,INCLUDE,FORWARD和ERROR之一，預設REQUEST。使用者可以設定多個<dispatcher> 子元素用來指定 Filter 對資源的多種呼叫方式進行攔截。如下：

<filter-mapping>
    <filter-name>testFilter</filter-name>
    <url-pattern>/index.jsp</url-pattern>
    <dispatcher>REQUEST</dispatcher>
    <dispatcher>FORWARD</dispatcher>
</filter-mapping>

　<dispatcher> 子元素可以設定的值及其意義：
    REQUEST：當用戶直接訪問頁面時，Web容器將會呼叫過濾器。如果目標資源是通過RequestDispatcher的include()或forward()方法訪問
時，那麼該過濾器就不會被呼叫。
    INCLUDE：如果目標資源是通過RequestDispatcher的include()方法訪問時，那麼該過濾器將被呼叫。除此之外，該過濾器不會被呼叫。
    FORWARD：如果目標資源是通過RequestDispatcher的forward()方法訪問時，那麼該過濾器將被呼叫，除此之外，該過濾器不會被呼叫。
    ERROR：如果目標資源是通過宣告式異常處理機制呼叫時，那麼該過濾器將被呼叫。除此之外，過濾器不會被呼叫。

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