【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.
