Spring Boot过滤器链：从入门到精通

在当今的Web开发中，Spring Boot凭借其简洁高效的特性，成为了众多开发者的首选框架。而过滤器链作为Spring Boot中一个重要的概念，对于保障应用的安全性和功能完整性起着关键作用。今天，就让我们一起深入了解Spring Boot中的过滤器链，从入门到精通，一步步揭开它的神秘面纱。

一、过滤器链是什么？

在Spring Boot中，过滤器链（Filter Chain）是由一系列过滤器（Filter）组成的有序集合。这些过滤器按照一定的顺序依次对请求进行处理，每个过滤器都可以对请求进行拦截、修改或增强操作，从而实现诸如安全检查、日志记录、请求转发等功能。过滤器链的设计使得我们可以将不同的功能模块化，通过组合多个过滤器来实现复杂的功能逻辑，同时保持代码的清晰和可维护性。

二、为什么需要过滤器链？

在Web应用中，我们常常需要在请求到达业务逻辑之前或之后执行一些通用的操作。例如，在请求到达控制器之前，我们可能需要验证用户的身份、记录请求的日志；在响应返回给客户端之前，我们可能需要对响应内容进行压缩或加密。如果这些操作都直接写在业务逻辑代码中，会导致代码的耦合度很高，难以维护和扩展。而过滤器链的出现，正是为了解决这个问题。通过将这些通用操作封装到不同的过滤器中，并按照一定的顺序组织成过滤器链，我们可以在不修改业务逻辑代码的情况下，灵活地添加或修改这些通用操作，从而提高代码的可维护性和可扩展性。

三、Spring Boot中的过滤器链是如何工作的？

（一）过滤器的生命周期

在Spring Boot中，每个过滤器都遵循一个标准的生命周期，主要包括以下三个阶段：

• 初始化（init）：当过滤器被创建时，Spring会调用过滤器的init方法。在这个方法中，我们可以进行一些初始化操作，例如加载配置文件、初始化资源等。不过，在Spring Boot中，由于过滤器通常是通过Spring的依赖注入机制进行管理的，因此我们很少需要手动实现init方法。
• 过滤（doFilter）：这是过滤器的核心方法，当请求到达过滤器时，Spring会调用doFilter方法。在这个方法中，我们可以对请求进行拦截、修改或增强操作。例如，我们可以在doFilter方法中验证用户的身份，如果用户未登录，则直接返回401状态码；如果用户已登录，则继续调用下一个过滤器。doFilter方法的参数包括ServletRequest、ServletResponse和FilterChain，其中FilterChain表示过滤器链的下一个过滤器，通过调用FilterChain的Filterdo方法，可以将请求传递给下一个过滤器。
• 销毁（destroy）：当过滤器被销毁时，Spring会调用过滤器的destroy方法。在这个方法中，我们可以进行一些清理操作，例如关闭资源、释放内存等。和init方法一样，在Spring Boot中，我们也很少需要手动实现destroy方法。

（二）过滤器链的执行流程

当一个请求到达Spring Boot应用时，Spring会按照过滤器链中过滤器的顺序依次调用每个过滤器的doFilter方法。每个过滤器都可以对请求进行处理，然后通过调用FilterChain的doFilter方法将请求传递给下一个过滤器。如果某个过滤器不想让请求继续传递下去，它可以选择不调用FilterChain的doFilter方法，从而直接返回响应给客户端。例如，如果一个过滤器发现用户未登录，它可以直接返回401状态码，而不再调用下一个过滤器。
过滤器链的执行流程可以用以下伪代码来表示：

filterChain.doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) {
    for (Filter filter : filters) {
        filter.doFilter(request, response, new FilterChain() {
            @Override
            public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) {
                // 调用下一个过滤器
                FilterChain.doFilter(request, response);
            }
        });
    }
}

从这个伪代码中可以看出，过滤器链的执行是一个递归的过程，每个过滤器都负责调用下一个过滤器的doFilter方法，直到所有的过滤器都执行完毕，请求才会最终到达业务逻辑代码。

四、如何在Spring Boot中定义自己的过滤器？

在Spring Boot中，定义自己的过滤器非常简单。我们只需要创建一个类，让它实现javax.servlet.Filter接口，然后在类上添加@Component注解，让Spring能够自动扫描并注册这个过滤器。以下是一个简单的自定义过滤器示例：

import org.springframework.stereotype.Component;
import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import java.io.IOException;

@Component
public class MyFilter implements Filter {
    @Override
    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
        // 初始化操作
        System.out.println("MyFilter初始化");
    }

    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        // 在请求到达业务逻辑之前执行的操作
        System.out.println("MyFilter请求前处理");
        HttpServletRequest httpRequest = (HttpServletRequest) request;
        System.out.println("请求路径：" + httpRequest.getRequestURI());
        // 调用下一个过滤器
        chain.doFilter(request, response);
        // 在响应返回给客户端之前执行的操作
        System.out.println("MyFilter响应后处理");
    }

    @Override
    public void destroy() {
        // 销毁操作
        System.out.println("MyFilter销毁");
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个名为MyFilter的过滤器。在doFilter方法中，我们在请求到达业务逻辑之前打印了一条日志，并获取了请求的路径；在响应返回给客户端之前，我们又打印了一条日志。通过在类上添加@Component注解，Spring会自动扫描并注册这个过滤器，将其加入到过滤器链中。

五、如何控制过滤器的顺序？

在Spring Boot中，过滤器链中过滤器的执行顺序是由过滤器的优先级决定的。默认情况下，Spring会按照过滤器的类名的字典顺序对过滤器进行排序。但是，我们可以通过实现Ordered接口或使用@Order注解来指定过滤器的优先级。优先级越小，过滤器越先执行。
以下是一个使用@Order注解指定过滤器优先级的示例：

import org.springframework.core.annotation.Order;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.servlet.*;
import.io java.IOException;

@Component
@Order(1)
public class FirstFilter implements Filter {
    @Override
    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
        System.out.println("FirstFilter初始化");
    }

    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        System.out.println("FirstFilter请求前处理");
        chain.doFilter(request, response);
        System.out.println("First响应Filter后处理");
    }

    @Override
    public void destroy() {
        System.out.println("FirstFilter销毁");
    }
}

@Component
@Order(2)
public class SecondFilter implements Filter {
    @Override
    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
        System.out.println("SecondFilter初始化");
    }

    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        System.out.println("SecondFilter请求前处理");
        chain.doFilter(request, response);
        System.out.println("SecondFilter响应后处理");
    }

    @Override
    public void destroy() {
        System.out.println("SecondFilter销毁");
    }
}

在上面的代码中，我们定义了两个过滤器FirstFilter和SecondFilter，并通过@Order注解分别指定了它们的优先级为1和2。因此，在过滤链器中，FirstFilter会先于SecondFilter执行。

六、Spring Security中的过滤器链

Spring Security是Spring Boot中用于实现安全认证和授权的框架，它也使用了过滤器链来实现各种安全功能。Spring Security的过滤器链中包含了许多预定义的过滤器，例如SecurityContextPersistenceFilter用于在请求开始时恢复安全上下文，在请求结束时清理安全上下文；UsernamePasswordAuthenticationFilter用于处理基于用户名和密码的登录请求；ExceptionTranslationFilter用于处理安全相关的异常，例如用户未登录或没有权限访问某个资源等。
通过自定义过滤器并将其加入到Spring Security的过滤器链中，我们可以扩展Spring Security的功能，实现自己的安全需求。例如，我们可以通过自定义一个过滤器来实现基于JWT（JSON Web Token）的认证机制，或者通过自定义一个过滤器来实现对请求的访问控制。
以下是一个将自定义过滤器加入到Spring Security过滤器链中的示例：

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.EnableWebSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;
import org.springframework.security.web.authentication.UsernamePasswordAuthenticationFilter;

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .addFilterBefore(new MyCustomFilter(), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class)
            .authorizeRequests()
            .anyRequest().authenticated()
            .and()
            .formLogin().permitAll()
            .and()
            .logout().permitAll();
    }
}

在的上面代码中，我们通过addFilterBefore方法将自定义的MyCustomFilter加入到了Spring Security的过滤器链中，并指定它在UsernamePasswordAuthenticationFilter之前执行。这样，我们就可以在用户登录之前对请求进行处理，例如验证请求的来源是否合法等。

七、过滤器链的性能优化

虽然过滤器链为我们提供了强大的功能，但是过多的过滤器或不合理的过滤器链设计可能会对应用的性能产生影响。以下是一些优化过滤器链性能的建议：
减少不必要的过滤器：只在真正需要的地方使用过滤器，避免在每个请求上都执行不必要的操作。例如，如果某个过滤器只对特定的请求路径有效，可以通过在doFilter方法中添加路径匹配逻辑来减少不必要的调用。
优化过滤器的实现：在过滤器的doFilter方法中，尽量减少对资源的占用和对性能的影响。例如，避免在过滤器中进行复杂的计算或大量的I/O操作。
合理安排过滤器的顺序：将那些可以快速拒绝请求的过滤器放在前面，例如安全过滤器或权限过滤器，这样可以减少不必要的后续处理。
使用异步过滤器：如果过滤器的操作可以异步执行，可以考虑使用AsyncFilter来提高性能。异步过滤器可以在不阻塞主线程的情况下执行耗时操作，从而提高应用的并发能力。

八、总结

通过本文的介绍，我们从过滤器链的基本概念出发，逐步深入到了Spring Boot中过滤器链的实现原理、定义方法、顺序控制以及与Spring Security的结合等方面。过滤器链作为一种强大的功能，可以帮助我们实现各种通用的操作，提高代码的可维护性和可扩展性。然而，在使用过滤器链时，我们也需要注意性能优化，避免对应用的性能产生负面影响。