【Servlet过滤器实战】：掌握请求和响应过滤的艺术

# 1. Servlet过滤器概述

在现代Web应用开发中，Servlet过滤器是一种强大的机制，它能够在请求到达Servlet或JSP页面之前或在响应从Servlet或JSP页面发出之后进行拦截。通过使用Servlet过滤器，开发者可以对发送到服务器的请求和服务器响应的内容进行预处理和后处理。这使得过滤器成为执行诸如身份验证、日志记录、数据压缩、图片转换、跨站脚本(XSS)攻击的防护等任务的理想选择。

过滤器提供了一种方法来改变或增强Servlet容器的行为，而无需修改实际的Servlet或JSP代码。它们是基于Java Servlet API实现的，通常部署在web.xml文件中或使用注解配置在Servlet类上。本章节将介绍Servlet过滤器的基本概念和工作原理，为后续章节中深入探讨其高级特性和应用实践奠定基础。

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# 第二章：Servlet过滤器基础

## 2.1 过滤器的工作原理

### 2.1.1 过滤器链的构建和请求流转

Servlet过滤器的工作原理基于过滤器链的概念。当一个请求被发送至服务器，并且目标是某一个Servlet时，请求会首先经过一系列过滤器的处理。这个过程就像是一个“中间件”管道，每个过滤器都可以执行一些预处理或后处理逻辑，如修改请求参数、记录日志、进行身份验证等。

在过滤器链中，每个过滤器通过实现`javax.servlet.Filter`接口来定义其行为。过滤器的顺序由它们在web.xml中的配置顺序或者使用注解的顺序来决定。过滤器链的工作流程可以用以下步骤概括：

1. 客户端发起请求。
2. 容器查找与请求URI匹配的servlet，并构建过滤器链。
3. 遍历过滤器链，依次调用每个过滤器的`doFilter()`方法。
4. 最终，请求到达目标servlet。
5. servlet处理完成后，响应沿过滤器链反向传递。
6. 每个过滤器有机会对响应进行后处理，比如修改响应头或内容。
7. 响应被发送回客户端。

过滤器的执行顺序和它们对请求和响应的处理方式使得它们成为一种强大的机制，可以实现多种横切关注点。

graph TD;
    A[客户端请求] -->|1| B[过滤器链]
    B -->|顺序调用| C[过滤器1]
    C -->|doFilter()| D[过滤器2]
    D -->|doFilter()| E[...]
    E -->|doFilter()| F[目标Servlet]
    F -->|处理完毕| G[过滤器E]
    G -->|后处理| H[过滤器D]
    H -->|后处理| I[过滤器C]
    I -->|后处理| J[过滤器B]
    J -->|最终响应| K[客户端]

过滤器链的构建和请求流转是保证应用安全、日志记录、数据转换等横切关注点能够被有效处理的关键。

### 2.1.2 过滤器的生命周期方法

Servlet过滤器拥有三个核心生命周期方法：

- `init()`: 在过滤器被容器实例化后，只调用一次。通常用于执行初始化操作，比如设置日志级别、初始化资源等。
- `doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)`: 这个方法是过滤器的核心，每次请求被传递到链中时都会被调用。在此方法中可以进行请求的预处理和响应的后处理。必须调用`chain.doFilter(request, response)`以允许请求继续通过链。
- `destroy()`: 在过滤器被销毁前调用，通常用于执行清理工作，比如关闭打开的文件或数据库连接。

这三个方法共同构成了过滤器的完整生命周期，为开发者提供了在请求到达目标资源前后执行自定义逻辑的能力。

public class MyFilter implements Filter {
    @Override
    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
        // 初始化代码
    }

    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) 
            throws IOException, ServletException {
        // 预处理逻辑
        chain.doFilter(request, response); // 继续请求流程
        // 后处理逻辑
    }

    @Override
    public void destroy() {
        // 清理代码
    }
}

理解这三个方法的工作机制对于掌握过滤器的使用至关重要。开发者需要根据具体情况在这些方法中添加适当的逻辑。

## 2.2 过滤器的配置与部署

### 2.2.1 web.xml配置方法

在传统方式中，Servlet过滤器的配置和部署是通过web.xml文件来实现的。在该文件中，需要定义`<filter>`和`<filter-mapping>`两个元素。

一个基本的web.xml配置示例如下：

<filter>
    <filter-name>myFilter</filter-name>
    <filter-class>com.example.MyFilter</filter-class>
    <init-param>
        <param-name>logLevel</param-name>
        <param-value>DEBUG</param-value>
    </init-param>
</filter>

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

在这个例子中，定义了一个过滤器`myFilter`，它由`com.example.MyFilter`类实现，并设置了一个初始化参数`logLevel`。`<filter-mapping>`元素则指定了该过滤器应该应用于哪些URL模式。`/*`表示所有的请求都将通过该过滤器。

web.xml的方式为过滤器的配置提供了良好的可读性，适合于那些不经常变动的环境。对于需要频繁变更配置的应用，使用注解方式可能会更加方便快捷。

### 2.2.2 注解配置方法

Java EE 6引入了注解的方式来进行过滤器的配置，这使得开发者能够以声明性的方式在代码中直接配置过滤器，而无需在web.xml中进行配置。使用注解的方式可以减少配置文件的复杂性，使代码更加简洁。

@WebFilter(filterName = "myAnnotationFilter", urlPatterns = "/*")
public class MyAnnotationFilter implements Filter {
    // 实现Filter接口的方法
}

通过在类上使用`@WebFilter`注解，指定过滤器名称和URL模式，就能完成过滤器的配置。这种方式提高了开发效率，也支持了快速迭代开发。需要注意的是，尽管使用注解配置更加灵活，但在某些情况下，比如需要在应用启动之前执行初始化操作时，使用web.xml配置会更加适合。

### 2.2.3 过滤器的初始化参数

过滤器可以配置一组初始化参数，这些参数可以在过滤器被加载时通过初始化方法`init()`传入，以便过滤器可以在执行其任务前被定制化配置。

过滤器的初始化参数在web.xml中配置，如下所示：

<filter>
    <filter-name>myFilter</filter-name>
    <filter-class>com.example.MyFilter</filter-class>
    <init-param>
        <param-name>logLevel</param-name>
        <param-value>DEBUG</param-value>
    </init-param>
    <init-param>
        <param-name>logFile</param-name>
        <param-value>/logs/myfilter.log</param-value>
    </init-param>
</filter>

在过滤器代码中，初始化参数可以通过`FilterConfig`接口的`getInitParameter()`方法获取：

public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
    String logLevel = filterConfig.getInitParameter("logLevel");
    String logFile = filterConfig.getInitParameter("logFile");
    // 根据参数初始化过滤器
}

使用初始化参数可以提高过滤器的可配置性和可重用性，开发者可以根据不同的部署环境或需求调整过滤器的行为。

通过本节的介绍，我们了解了Servlet过滤器的基础知识，包括它们的工作原理、生命周期方法、配置与部署方法，以及如何利用初始化参数提高过滤器的灵活性。这些基础概念对于深入理解和应用Servlet过滤器至关重要。

在了解了过滤器的基础知识之后，接下来的章节将深入探讨过滤器的高级特性，例如字符编码和内容转换、安全过滤和访问控制、日志记录和性能监控等。这些高级特性是过滤器能够发挥更大作用的关键所在，也是将过滤器应用于复杂应用场景的基础。

# 3. Servlet过滤器的高级特性

在深入探讨Servlet过滤器的高级特性之前，我们先来理解其核心价值在于提供了请求和响应处理过程中的中间层，允许在业务逻辑执行前后进行干预。本章将聚焦于三个主要高级特性：字符编码和内容转换、安全过滤和访问控制、以及日志记录和性能监控。这些特性不仅增强了Web应用的安全性和可维护性，也为开发者提供了精细控制请求处理流程的手段。

## 3.1 字符编码和内容转换

### 3.1.1 请求和响应的字符编码处理

在处理Web应用的国际化和本地化过程中，字符编码处理是一个重要环节。正确的编码处理能够确保不同语言的文本能够正确传输和解析。在Servlet过滤器中，我们可以指定或修改请求和响应使用的字符编码。以下是使用过滤器统一处理请求和响应编码的代码示例：

public class EncodingFilter implements Filter {
private String encoding = "UTF-8";

@Override
public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
String encodingParam = filterConfig.getInitParameter("encoding");
if (encodingParam != null) {
encoding = encodingParam;
}
}

@Override
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)
throws IOException, ServletException {
request.setCharacte