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J2EE 探索者：使用 Java Servlets 2.4 来执行过滤

摘要: J2EE 探索者：使用 Java Servlets 2.4 来执行过滤

级别：中级

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Kyle Gabhart (kyle@gabhart.com)
顾问，Gabhart Communications
2004 年 2 月

Servlet API 很久以前就已成为企业应用开发的基石，而 Servlet 过滤器则是对 J2EE 家族的相对较新的补充。在 J2EE 探索者 系列文章的最后一篇中，作者 Kyle Gabhart 将向您介绍 Servlet 过滤器体系结构，定义过滤器的许多应用，并指导您完成典型过滤器实现的三个步骤。他还会透露 bean 的一些激动人心的变化，预计刚发布的 Java Servlet 2.4 规范会引入这些变化。

Servlet 过滤器是可插入的 Web 组件，它允许我们实现 Web 应用程序中的预处理和后期处理逻辑。过滤器支持 servlet 和 JSP 页面的基本请求处理功能，比如日志记录、性能、安全、会话处理、XSLT 转换，等等。过滤器最初是随 Java Servlet 2.3 规范发布的，最近定稿的 2.4 规范对它进行了重大升级。在这 J2EE 探索者 系列文章的最后一篇中，我将向您介绍 Servlet 过滤器的基础知识 —— 比如总体的体系结构设计、实现细节，以及在 J2EE Web 应用程序中的典型应用，还会涉及一些预计最新的 Servlet 规范将会提供的扩展功能。

Servlet 过滤器是什么？
Servlet 过滤器是小型的 Web 组件，它们拦截请求和响应，以便查看、提取或以某种方式操作正在客户机和服务器之间交换的数据。过滤器是通常封装了一些功能的 Web 组件，这些功能虽然很重要，但是对于处理客户机请求或发送响应来说不是决定性的。典型的例子包括记录关于请求和响应的数据、处理安全协议、管理会话属性，等等。过滤器提供一种面向对象的模块化机制，用以将公共任务封装到可插入的组件中，这些组件通过一个配置文件来声明，并动态地处理。

Servlet 过滤器中结合了许多元素，从而使得过滤器成为独特、强大和模块化的 Web 组件。也就是说，Servlet 过滤器是：

声明式的：过滤器通过 Web 部署描述符（web.xml）中的 XML 标签来声明。这样允许添加和删除过滤器，而无需改动任何应用程序代码或 JSP 页面。
动态的：过滤器在运行时由 Servlet 容器调用来拦截和处理请求和响应。
灵活的：过滤器在 Web 处理环境中的应用很广泛，涵盖诸如日志记录和安全等许多最公共的辅助任务。过滤器还是灵活的，因为它们可用于对来自客户机的直接调用执行预处理和后期处理，以及处理在防火墙之后的 Web 组件之间调度的请求。最后，可以将过滤器链接起来以提供必需的功能。
模块化的：通过把应用程序处理逻辑封装到单个类文件中，过滤器从而定义了可容易地从请求/响应链中添加或删除的模块化单元。
可移植的：与 Java 平台的其他许多方面一样，Servlet 过滤器是跨平台和跨容器可移植的，从而进一步支持了 Servler 过滤器的模块化和可重用本质。
可重用的：归功于过滤器实现类的模块化设计，以及声明式的过滤器配置方式，过滤器可以容易地跨越不同的项目和应用程序使用。
透明的：在请求/响应链中包括过滤器，这种设计是为了补充（而不是以任何方式替代）servlet 或 JSP 页面提供的核心处理。因而，过滤器可以根据需要添加或删除，而不会破坏 servlet 或 JSP 页面。

所以 Servlet 过滤器是通过一个配置文件来灵活声明的模块化可重用组件。过滤器动态地处理传入的请求和传出的响应，并且无需修改应用程序代码就可以透明地添加或删除它们。最后，过滤器独立于任何平台或者 Servlet 容器，从而允许将它们容易地部署到任何相容的 J2EE 环境中。

在接下来的几小节中，我们将进一步考察 Servlet 过滤器机制的总体设计，以及实现、配置和部署过滤器所涉及的步骤。我们还将探讨 Servlet 过滤器的一些实际应用，最后简要考察一下模型-视图-控制器（MVC）体系结构中包含的 Servlet 过滤器，从而结束本文的讨论。

Servlet 过滤器体系结构
正如其名称所暗示的，Servlet 过滤器 用于拦截传入的请求和/或传出的响应，并监视、修改或以某种方式处理正在通过的数据流。过滤器是自包含、模块化的组件，可以将它们添加到请求/响应链中，或者在无需影响应用程序中其他 Web 组件的情况下删除它们。过滤器仅只是改动请求和响应的运行时处理，因而不应该将它们直接嵌入 Web 应用程序框架，除非是通过 Servlet API 中良好定义的标准接口来实现。

Web 资源可以配置为没有过滤器与之关联（这是默认情况）、与单个过滤器关联（这是典型情况），甚至是与一个过滤器链相关联。那么过滤器究竟做什么呢？像 servlet 一样，它接受请求并响应对象。然后过滤器会检查请求对象，并决定将该请求转发给链中的下一个组件，或者中止该请求并直接向客户机发回一个响应。如果请求被转发了，它将被传递给链中的下一个资源（另一个过滤器、servlet 或 JSP 页面）。在这个请求设法通过过滤器链并被服务器处理之后，一个响应将以相反的顺序通过该链发送回去。这样就给每个过滤器都提供了根据需要处理响应对象的机会。

当过滤器在 Servlet 2.3 规范中首次引入时，它们只能过滤 Web 客户机和客户机所访问的指定 Web 资源之间的内容。如果该资源然后将请求调度给其他 Web 资源，那就不能向幕后委托的任何请求应用过滤器。2.4 规范消除了这个限制。Servlet 过滤器现在可以应用于 J2EE Web 环境中存在请求和响应对象的任何地方。因此，Servlet 过滤器可以应用在客户机和 servlet 之间、servlet 和 servlet 或 JSP 页面之间，以及所包括的每个 JSP 页面之间。这才是我所称的强大能力和灵活性！

实现一个 Servlet 过滤器
他们说“好事多磨”。我不知道“他们”指的是谁，或者这句古老的谚语究竟有多真实，但是实现一个 Servlet 过滤器的确要经历三个步骤。首先要编写过滤器实现类的程序，然后要把该过滤器添加到 Web 应用程序中（通过在 Web 部署描述符 /web.xml 中声明它），最后要把过滤器与应用程序一起打包并部署它。我们将详细研究这其中的每个步骤。

1. 编写实现类的程序
过滤器 API 包含 3 个简单的接口（又是数字 3！），它们整洁地嵌套在 javax.servlet 包中。那 3 个接口分别是 Filter、FilterChain 和 FilterConfig。从编程的角度看，过滤器类将实现 Filter 接口，然后使用这个过滤器类中的 FilterChain 和 FilterConfig 接口。该过滤器类的一个引用将传递给 FilterChain 对象，以允许过滤器把控制权传递给链中的下一个资源。FilterConfig 对象将由容器提供给过滤器，以允许访问该过滤器的初始化数据。

为了与我们的三步模式保持一致，过滤器必须运用三个方法，以便完全实现 Filter 接口：

init()：这个方法在容器实例化过滤器时被调用，它主要设计用于使过滤器为处理做准备。该方法接受一个 FilterConfig 类型的对象作为输入。
doFilter()：与 servlet 拥有一个 service() 方法（这个方法又调用 doPost() 或者 doGet()）来处理请求一样，过滤器拥有单个用于处理请求和响应的方法——doFilter()。这个方法接受三个输入参数：一个 ServletRequest、response 和一个 FilterChain 对象。
destroy()：正如您想像的那样，这个方法执行任何清理操作，这些操作可能需要在自动垃圾收集之前进行。

清单 1 展示了一个非常简单的过滤器，它跟踪满足一个客户机的 Web 请求所花的大致时间。

清单 1. 一个过滤器类实现
<table cellSpacing=0 cellPadding=5 width="100%" bgColor=#cccccc border=1> <tr> <td>



import javax.servlet.*;

import java.util.*;

import java.io.*;

public class TimeTrackFilter implements Filter {

     private FilterConfig filterConfig = null;

     public void init(FilterConfig filterConfig)

        throws ServletException {

        this.filterConfig = filterConfig;

     }

     public void destroy() {

        this.filterConfig = null;

     }

     public void doFilter( ServletRequest request,

        ServletResponse response, FilterChain chain )

        throws IOException, ServletException {

        Date startTime, endTime;

        double totalTime;

        startTime = new Date();

        // Forward the request to the next resource in the chain

        chain.doFilter(request, wrapper);

        // -- Process the response -- \\

        // Calculate the difference between the start time and end time

        endTime = new Date();

        totalTime = endTime.getTime() - startTime.getTime();

        totalTime = totalTime / 1000; //Convert from milliseconds to seconds

        StringWriter sw = new StringWriter();

        PrintWriter writer = new PrintWriter(sw);

        writer.println();

        writer.println("===============");

        writer.println("Total elapsed time is: " + totalTime + " seconds." );

        writer.println("===============");

        // Log the resulting string

        writer.flush();

        filterConfig.getServletContext().

           log(sw.getBuffer().toString());

     }

}

</td></tr></table>

这个过滤器的生命周期很简单，不管怎样，我们还是研究一下它吧：

初始化: 当容器第一次加载该过滤器时，init() 方法将被调用。该类在这个方法中包含了一个指向 FilterConfig 对象的引用。我们的过滤器实际上并不需要这样做，因为其中没有使用初始化信息，这里只是出于演示的目的。
过滤: 过滤器的大多数时间都消耗在这里。doFilter() 方法被容器调用，同时传入分别指向这个请求/响应链中的 ServletRequest、ServletResponse 和 FilterChain 对象的引用。然后过滤器就有机会处理请求，将处理任务传递给链中的下一个资源（通过调用 FilterChain 对象引用上的 doFilter()方法），之后在处理控制权返回该过滤器时处理响应。
析构: 容器紧跟在垃圾收集之前调用 destroy() 方法，以便能够执行任何必需的清理代码。

2. 配置 Servlet 过滤器
过滤器通过 web.xml 文件中的两个 XML 标签来声明。标签定义过滤器的名称，并且声明实现类和 init() 参数。标签将过滤器与 servlet 或 URL 模式相关联。

清单 2 摘自一个 web.xml 文件，它展示了如何声明过滤器的包含关系：

清单 2. 在 web.xml 中声明一个过滤器
<table cellSpacing=0 cellPadding=5 width="100%" bgColor=#cccccc border=1> <tr> <td>





     Page Request Timer

     TimeTrackFilter





     Page Request Timer

     Main Servlet





     Main Servlet

     MainServlet





     Main Servlet

     /*

</td></tr></table>

上面的代码示例声明了一个过滤器（"Page Request Timer"），并把它映射到一个 servlet（"Main Servlet"）。然后为该 servlet 定义了一个映射，以便把每个请求（由通配符指定）都发送到该 servlet。这是控制器组件的典型映射声明。您应该注意这些声明的顺序，因为千万不能背离这些元素的顺序。

3. 部署 Servlet 过滤器
事实上，与 Web 应用程序一起部署过滤器绝对不涉及任何复杂性。只需把过滤器类和其他 Web 组件类包括在一起，并像您通常所做的那样把 web.xml 文件（连同过滤器定义和过滤器映射声明）放进 Web 应用程序结构中，servlet 容器将处理之后的其他所有事情。

过滤器的许多应用
您在 J2EE Web 应用程序中利用过滤器的能力，仅受到您自己的创造性和应用程序设计本领的限制。在适合使用装饰过滤器模式或者拦截器模式的任何地方，您都可以使用过滤器。过滤器的一些最普遍的应用如下：

加载：对于到达系统的所有请求，过滤器收集诸如浏览器类型、一天中的时间、转发 URL 等相关信息，并对它们进行日志记录。
性能：过滤器在内容通过线路传来并在到达 servlet 和 JSP 页面之前解压缩该内容，然后再取得响应内容，并在将响应内容发送到客户机机器之前将它转换为压缩格式。
安全：过滤器处理身份验证令牌的管理，并适当地限制安全资源的访问，提示用户进行身份验证和/或将他们指引到第三方进行身份验证。过滤器甚至能够管理访问控制列表（Access Control List，ACL），以便除了身份验证之外还提供授权机制。将安全逻辑放在过滤器中，而不是放在 servlet 或者 JSP 页面中，这样提供了巨大的灵活性。在开发期间，过滤器可以关闭（在 web.xml 文件中注释掉）。在生产应用中，过滤器又可以再次启用。此外还可以添加多个过滤器，以便根据需要提高安全、加密和不可拒绝的服务的等级。
会话处理：将 servlet 和 JSP 页面与会话处理代码混杂在一起可能会带来相当大的麻烦。使用过滤器来管理会话可以让 Web 页面集中精力考虑内容显示和委托处理，而不必担心会话管理的细节。
XSLT 转换：不管是使用移动客户端还是使用基于 XML 的 Web 服务，无需把逻辑嵌入应用程序就在 XML 语法之间执行转换的能力都绝对是无价的。

使过滤器适应 MVC 体系结构
模型-视图-控制器（Model-View-Controller，MVC）体系结构是一个有效的设计，它现在已作为最重要的设计方法学，整合到了诸如 Jakarta Struts 和 Turbine 等大多数流行的 Web 应用框架中。过滤器旨在扩充 MVC 体系结构的请求/响应处理流。不管请求/响应发生在客户机和服务器之间，还是发生在服务器上的其他组件之间，过滤器在处理流中的应用都是相同的。从 MVC 的观点看，调度器组件（它或者包括在控制器组件中，或者配合控制器组件工作）把请求转发给适当的应用程序组件以进行处理。这使得控制器层成为包括 Servlet 过滤器的最佳位置。通过把过滤器放在控制器组件本身的前面，过滤器可以应用于所有请求，或者通过将它放在控制器/调度器与模型和控制器之间，它可以应用于单独的 Web 组件。

MVC 体系结构广为传播，并具有良好的文档。请通过参考资料中的链接了解关于 MVC 和 MVC 体系结构中的 Servlet 实现的更多信息。

结束语
虽然过滤器才出现几年时间，但它们本身已作为一个关键组件嵌入到了所有敏捷的、面向对象的 J2EE Web 应用程序中。本文向您介绍了 Servlet 过滤器的使用。本文讨论了过滤器的高级设计，比较了当前规范（2.4）和以前（2.3）的模型，讲述了实现过滤器所涉及的精确步骤，以及如何在 Web 应用程序中声明过滤器，然后与应用程序一起部署它。本文还阐述了 Servlet 过滤器的一些最普遍应用，并提到了过滤器如何适应传统的 MVC 体系结构。

这是 J2EE 探索者 系列的最后一篇文章。我们在年初通过粗略研究 Enterprise JavaBean 组件来开始我们的旅程，并提到了何时使用这些组件才真正有意义，以及何时这些组件才会变得大材小用的问题。然后我们将目光转向了 Web 层，绘制了一条通过 Servlet、JSP 页面、JavaBean 技术以及 Java Servlet API 中的无数选择和功能的路径。在这个系列文章中与您一起艰苦跋涉真是一件快乐的事情。我享受着编写这个系列文章的乐趣，并且我从大家的反馈中知道，这对您也是一个很有价值的过程。感谢您对本系列文章的参与。祝您好运，探索快乐！

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