深入理解Java中Filter的作用种类及应用场景

什么是Filter

Filter是Java Servlet规范中的一部分，它代表了一个用于转换HTTP请求和响应的组件。Filter可以拦截Servlet执行前的请求，进行一系列操作，例如对编码进行过滤、对参数进行处理、对请求进行身份验证等。Filter还可以在Servlet执行后进行响应拦截，将一些额外的信息添加到响应中。

Filter的应用场景

• 身份验证：使用Filter对请求进行过滤，判断当前用户是否已经登录或者有权限访问特定的资源。
• 授权限制：使用Filter对请求进行限制，例如限制某些用户只能访问该应用程序的特定部分。
• 输入验证：使用Filter对请求的输入进行验证和安全过滤，确保数据库中不会存储任何恶意代码或者执行流程。
• 日志记录：使用Filter进行请求和响应拦截，并将它们记录为日志信息。
• 压缩：使用Filter将响应压缩，以减少网络带宽和延迟，提高性能。
• 图像加水印：CaptchaFilter是一个图像过滤器，通过添加验证码来保护在线表单免受自动化攻击，以增强安全性。

Filter的种类

Filter分为四种，分别是Preprocessing Filters，Routing Filters，Security Filters和Postprocessing Filters。下面我们分别介绍它们的应用场景和特点。

1. Preprocessing Filters

这类过滤器主要用于对请求进行处理，目的是修改请求的参数、验证请求数据等操作。它们通常是输入验证的关键工具，用于验证合法的用户输入。Preprocessing Filters有一些常见的应用场景，例如：

• CharacterEncodingFilter：用于设置请求和响应的编码，以防止乱码和字符集错误。
• RequestWrappingFilter：用于对请求进行包装，在一个可读取的流中提供一个额外的项目。
• CachingFilter：将响应暂存到缓存中，以便进行后续操作，以减少服务器的负载。

2. Routing Filters

Routing Filters用于将请求转发到真正的处理程序，例如转发到特定的Servlet或JSP页面。Routing Filters有以下几种常见的应用场景：

• URLRewriteFilter：用于修改URL的格式，以提高搜索引擎排名和应用程序性能。
• RequestDispatchingFilter：用于将请求转发到特定的Servlet或JSP页面，从而完全掌控页面渲染和生成逻辑。
• ResourceProtectionFilter：用于保护静态资源，例如图片、CSS和JavaScript文件等。
• ThrottlingFilter：用于根据用户请求速率来限制数据传输速率，以提高应用程序的效率和安全性。
• ProfilingFilter：用于跟踪应用程序的性能和请求速率，以便用于监视和修改。

3. Security Filters

Security Filters主要用于验证请求的安全性，并根据应用程序角色赋予用户对资源的访问权限。它们包括以下一些常见的过滤器：

• AuthenticationFilter：用于验证用户的身份，并将请求转发到需要验证令牌的应用程序部分。
• AuthorizationFilter：用于根据用户角色和资源限制请求，确保用户获得合法的访问。
• DataEncryptionFilter：用于对数据进行加密或解密，以保护用户的私密信息。
• AuditFilter：用于监视和记录应用程序的安全审计信息，以供安全团队分析和研究。

4. Postprocessing Filters

Postprocessing Filters用于对响应进行处理，以更改响应内容或添加另一个响应。它们包括以下一些常见的过滤器：

• ContentRewritingFilter：用于更改页面内容，例如读取和更改HTML标题。
• ResponseCompressionFilter：用于将响应压缩后发送到客户端以降低负载。
• HeaderModificationFilter：用于更改响应头以及指定的内容类型。
• ContentCachingFilter：将响应缓存到本地磁盘上，以便考虑到细微的更改。一些更高级的使用场景会使用CDN来存储响应内容。

实例演示

示例一： CharacterEncodingFilter

这个过滤器通常用于设置响应的编码，以防止乱码和字符集错误。在这个演示中，我们演示如何使用CharacterEncodingFilter进行编码和解码。

这里我们实现如下代码：

@WebFilter(
    filterName = "CharacterEncodingFilter",
    urlPatterns = "/*"
)
public class CharacterEncodingFilter implements Filter {
    @Override public void doFilter(ServletRequest servletRequest,
        ServletResponse servletResponse,
        FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
        servletRequest.setCharacterEncoding("UTF-8");
        servletResponse.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
        filterChain.doFilter(servletRequest, servletResponse);
    }
}

这个过滤器是一个使用@WebFilter注释的Filter，它定义了一个名为CharacterEncodingFilter的Filter，并指定了它的urlPatterns为“/*”（所有URL）。

通过设置编码集字符集作为UTF-8，这个Filter保证了所有请求和响应都是使用UTF-8编码的，从而确保我们不会遇到编码问题。

示例二： ResourceProtectionFilter

这个过滤器通常用于保护应用程序使用的资源，例如图片、CSS和JavaScript文件等。在这个演示中，我们将演示如何使用ResourceProtectionFilter。

这里我们实现如下代码：

@WebFilter(
    filterName = "ResourceProtectionFilter",
    urlPatterns = { "*.jpg", "*.gif", "*.png", "*.css", "*.js" }
)
public class ResourceProtectionFilter implements Filter {
    @Override public void doFilter(ServletRequest servletRequest,
        ServletResponse servletResponse,
        FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
        HttpServletResponse httpResponse = (HttpServletResponse) servletResponse;
        HttpServletRequest httpRequest = (HttpServletRequest) servletRequest;
        HttpSession session = httpRequest.getSession();

        User user = (User) session.getAttribute("user");
        if (user == null) {
            httpResponse.sendRedirect("/login.jsp");
        } else {
            filterChain.doFilter(servletRequest, servletResponse);
        }
    }
}

这个过滤器是一个使用@WebFilter注释的Filter，它定义了一个名为ResourceProtectionFilter的Filter，并指定了它的URL模式为“.jpg”、“.gif”、“.png”、“.css”和“*.js”。

这个过滤器读取用户的会话状态，并检查用户是否登录。如果用户已登录，则另一个过滤器会将请求转发到目标JSP或Servlet；否则，用户将被重定向到登录界面。它可以防止在未经身份验证的情况下访问protected资源。