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# 14 | Spring Web 过滤器使用常见错误(下)
你好,我是傅健。
通过上节课的两个案例,我们了解了容器运行时过滤器的工作原理,那么这节课我们还是通过两个错误案例,来学习下容器启动时过滤器初始化以及排序注册等相关逻辑。了解了它们,你会对如何使用好过滤器更有信心。下面,我们具体来看一下。
## 案例1@WebFilter过滤器使用@Order无效
假设我们还是基于Spring Boot去开发上节课的学籍管理系统这里我们简单复习下上节课用到的代码。
首先,创建启动程序的代码如下:
```
@SpringBootApplication
@ServletComponentScan
@Slf4j
public class Application {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(Application.class, args);
log.info("启动成功");
}
}
```
实现的Controller代码如下
```
@Controller
@Slf4j
public class StudentController {
@PostMapping("/regStudent/{name)}")
@ResponseBody
public String saveUser(String name) throws Exception {
System.out.println("......用户注册成功");
return "success";
}
}
```
上述代码提供了一个 Restful 接口 "/regStudent"。该接口只有一个参数 name注册成功会返回"success"。
现在,我们来实现两个新的过滤器,代码如下:
AuthFilter例如限制特定IP地址段例如校园网内的用户方可注册为新用户当然这里我们仅仅Sleep 1秒来模拟这个过程。
```
@WebFilter
@Slf4j
@Order(2)
public class AuthFilter implements Filter {
@SneakyThrows
@Override
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) {
if(isPassAuth()){
System.out.println("通过授权");
chain.doFilter(request, response);
}else{
System.out.println("未通过授权");
((HttpServletResponse)response).sendError(401);
}
}
private boolean isPassAuth() throws InterruptedException {
System.out.println("执行检查权限");
Thread.sleep(1000);
return true;
}
}
```
TimeCostFilter计算注册学生的执行耗时需要包括授权过程。
```
@WebFilter
@Slf4j
@Order(1)
public class TimeCostFilter implements Filter {
@Override
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
System.out.println("#开始计算接口耗时");
long start = System.currentTimeMillis();
chain.doFilter(request, response);
long end = System.currentTimeMillis();
long time = end - start;
System.out.println("#执行时间(ms)" + time);
}
}
```
在上述代码中,我们使用了@Order期望TimeCostFilter先被执行因为TimeCostFilter设计的初衷是统计这个接口的性能所以是需要统计AuthFilter执行的授权过程的。
全部代码实现完毕,执行结果如下:
```
执行检查权限
通过授权
#开始计算接口耗时
......用户注册成功
#执行时间(ms)33
```
从结果来看,执行时间并不包含授权过程,所以这并不符合我们的预期,毕竟我们是加了@Order的。但是如果我们交换Order指定的值你会发现也不见效果为什么会如此难道Order不能用来排序WebFilter么下面我们来具体解析下这个问题及其背后的原理。
### 案例解析
通过上节课的学习,我们得知:当一个请求来临时,会执行到 StandardWrapperValve 的 invoke(),这个方法会创建 ApplicationFilterChain并通过ApplicationFilterChain#doFilter() 触发过滤器执行并最终执行到内部私有方法internalDoFilter() 我们可以尝试在internalDoFilter()中寻找一些启示:
```
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();
```
从上述代码我们得知过滤器的执行顺序是由类成员变量Filters决定的而Filters变量则是createFilterChain()在容器启动时顺序遍历StandardContext中的成员变量FilterMaps获得的
```
public static ApplicationFilterChain createFilterChain(ServletRequest request,
Wrapper wrapper, Servlet servlet) {
// 省略非关键代码
// Acquire the filter mappings for this Context
StandardContext context = (StandardContext) wrapper.getParent();
FilterMap filterMaps[] = context.findFilterMaps();
// 省略非关键代码
// Add the relevant path-mapped filters to this filter chain
for (int i = 0; i < filterMaps.length; i++) {
if (!matchDispatcher(filterMaps[i] ,dispatcher)) {
continue;
}
if (!matchFiltersURL(filterMaps[i], requestPath))
continue;
ApplicationFilterConfig filterConfig = (ApplicationFilterConfig)
context.findFilterConfig(filterMaps[i].getFilterName());
if (filterConfig == null) {
continue;
}
filterChain.addFilter(filterConfig);
}
// 省略非关键代码
// Return the completed filter chain
return filterChain;
}
```
下面继续查找对StandardContext成员变量FilterMaps的写入引用我们找到了addFilterMapBefore()
```
public void addFilterMapBefore(FilterMap filterMap) {
validateFilterMap(filterMap);
// Add this filter mapping to our registered set
filterMaps.addBefore(filterMap);
fireContainerEvent("addFilterMap", filterMap);
}
```
到这我们已经知道过滤器的执行顺序是由StandardContext类成员变量FilterMaps的顺序决定而FilterMaps则是一个包装过的数组所以我们只要进一步弄清楚**FilterMaps中各元素的排列顺序**即可。
我们继续在addFilterMapBefore()中加入断点,尝试从调用栈中找到一些线索:
```
addFilterMapBefore:2992, StandardContext
addMappingForUrlPatterns:107, ApplicationFilterRegistration
configure:229, AbstractFilterRegistrationBean
configure:44, AbstractFilterRegistrationBean
register:113, DynamicRegistrationBean
onStartup:53, RegistrationBean
selfInitialize:228, ServletWebServerApplicationContext
// 省略非关键代码
```
可知Spring从selfInitialize()一直依次调用到addFilterMapBefore()稍微分析下selfInitialize()我们可以了解到这里是通过调用getServletContextInitializerBeans()获取所有的ServletContextInitializer类型的Bean并调用该Bean的onStartup(),从而一步步以调用栈显示的顺序,最终调用到 addFilterMapBefore()。
```
private void selfInitialize(ServletContext servletContext) throws ServletException {
prepareWebApplicationContext(servletContext);
registerApplicationScope(servletContext);
WebApplicationContextUtils.registerEnvironmentBeans(getBeanFactory(), servletContext);
for (ServletContextInitializer beans : getServletContextInitializerBeans()) {
beans.onStartup(servletContext);
}
}
```
那么上述的selfInitialize()又从何处调用过来呢?这里你可以先想想,我会在思考题中给你做进一步解释。
现在我们继续查看selfInitialize()的细节。
首先查看上述代码中的getServletContextInitializerBeans()因为此方法返回的ServletContextInitializer类型的Bean集合顺序决定了addFilterMapBefore()调用的顺序从而决定了FilterMaps内元素的顺序最终决定了过滤器的执行顺序。
getServletContextInitializerBeans()的实现非常简单只是返回了ServletContextInitializerBeans类的一个实例参考代码如下
```
protected Collection<ServletContextInitializer> getServletContextInitializerBeans() {
return new ServletContextInitializerBeans(getBeanFactory());
}
```
上述方法的返回值是个Collection可见ServletContextInitializerBeans类是一个集合类它继承了AbstractCollection抽象类。也因为如此上述selfInitialize()才可以遍历 ServletContextInitializerBeans的实例对象。
既然ServletContextInitializerBeans是集合类那么我们就可以先查看其iterator(),看看它遍历的是什么。
```
@Override
public Iterator<ServletContextInitializer> iterator() {
return this.sortedList.iterator();
}
```
此集合类对外暴露的集合遍历元素为sortedList成员变量也就是说上述selfInitialize()最终遍历的即为sortedList成员变量。
到这我们可以进一步确定下结论selfInitialize()中是通过getServletContextInitializerBeans()获取到的ServletContextInitializer类型的Beans集合即为ServletContextInitializerBeans的类型成员变量sortedList。反过来说**sortedList中的过滤器Bean元素顺序决定了最终过滤器的执行顺序**。
现在我们继续查看ServletContextInitializerBeans的构造方法如下
```
public ServletContextInitializerBeans(ListableBeanFactory beanFactory,
Class<? extends ServletContextInitializer>... initializerTypes) {
this.initializers = new LinkedMultiValueMap<>();
this.initializerTypes = (initializerTypes.length != 0) ? Arrays.asList(initializerTypes)
: Collections.singletonList(ServletContextInitializer.class);
addServletContextInitializerBeans(beanFactory);
addAdaptableBeans(beanFactory);
List<ServletContextInitializer> sortedInitializers = this.initializers.values().stream()
.flatMap((value) -> value.stream().sorted(AnnotationAwareOrderComparator.INSTANCE))
.collect(Collectors.toList());
this.sortedList = Collections.unmodifiableList(sortedInitializers);
logMappings(this.initializers);
}
```
通过第8行可以得知我们关心的类成员变量this.sortedList其元素顺序是由类成员变量this.initializers的values通过比较器AnnotationAwareOrderComparator进行排序的。
继续查看AnnotationAwareOrderComparator比较器忽略比较器调用的细节过程其最终是通过两种方式获取比较器需要的order值来决定sortedInitializers的排列顺序
* 待排序的对象元素自身实现了Order接口则直接通过getOrder()获取order值
* 否则执行OrderUtils.findOrder()获取该对象类@Order的属性。
这里多解释一句因为this.initializers的values类型为ServletContextInitializer其实现了Ordered接口所以这里的比较器显然是使用了getOrder()获取比较器所需的order值对应的类成员变量即为order。
继续查看this.initializers中的元素在何处被添加我们最终得知addServletContextInitializerBeans()以及addAdaptableBeans()这两个方法均构建了ServletContextInitializer子类的实例并添加到了this.initializers成员变量中。在这里我们只研究addServletContextInitializerBeans毕竟我们使用的添加过滤器方式使用@WebFilter标记最终只会通过这个方法生效。
在这个方法中Spring通过getOrderedBeansOfType()实例化了所有ServletContextInitializer的子类
```
private void addServletContextInitializerBeans(ListableBeanFactory beanFactory) {
for (Class<? extends ServletContextInitializer> initializerType : this.initializerTypes) {
for (Entry<String, ? extends ServletContextInitializer> initializerBean : getOrderedBeansOfType(beanFactory,
initializerType)) {
addServletContextInitializerBean(initializerBean.getKey(), initializerBean.getValue(), beanFactory);
}
}
}
```
根据其不同类型调用addServletContextInitializerBean()我们可以看出ServletContextInitializer的子类包括了ServletRegistrationBean、FilterRegistrationBean以及ServletListenerRegistrationBean正好对应了Servlet的三大要素。
而这里我们只需要关心对应于Filter的FilterRegistrationBean显然FilterRegistrationBean是ServletContextInitializer的子类实现了Ordered接口同样由**成员变量order的值决定其执行的优先级。**
```
private void addServletContextInitializerBean(String beanName, ServletContextInitializer initializer,
ListableBeanFactory beanFactory) {
if (initializer instanceof ServletRegistrationBean) {
Servlet source = ((ServletRegistrationBean<?>) initializer).getServlet();
addServletContextInitializerBean(Servlet.class, beanName, initializer, beanFactory, source);
}
else if (initializer instanceof FilterRegistrationBean) {
Filter source = ((FilterRegistrationBean<?>) initializer).getFilter();
addServletContextInitializerBean(Filter.class, beanName, initializer, beanFactory, source);
}
else if (initializer instanceof DelegatingFilterProxyRegistrationBean) {
String source = ((DelegatingFilterProxyRegistrationBean) initializer).getTargetBeanName();
addServletContextInitializerBean(Filter.class, beanName, initializer, beanFactory, source);
}
else if (initializer instanceof ServletListenerRegistrationBean) {
EventListener source = ((ServletListenerRegistrationBean<?>) initializer).getListener();
addServletContextInitializerBean(EventListener.class, beanName, initializer, beanFactory, source);
}
else {
addServletContextInitializerBean(ServletContextInitializer.class, beanName, initializer, beanFactory,
initializer);
}
}
```
最终添加到this.initializers成员变量中
```
private void addServletContextInitializerBean(Class<?> type, String beanName, ServletContextInitializer initializer,
ListableBeanFactory beanFactory, Object source) {
this.initializers.add(type, initializer);
// 省略非关键代码
}
```
通过上述代码我们再次看到了FilterRegistrationBean。但问题来了我们没有定义FilterRegistrationBean那么这里的FilterRegistrationBean是在哪里被定义的呢其order类成员变量是否有特定的取值逻辑
不妨回想下上节课的案例1它是在WebFilterHandler类的doHandle()动态构建了FilterRegistrationBean的BeanDefinition
```
class WebFilterHandler extends ServletComponentHandler {
WebFilterHandler() {
super(WebFilter.class);
}
@Override
public void doHandle(Map<String, Object> attributes, AnnotatedBeanDefinition beanDefinition,
BeanDefinitionRegistry registry) {
BeanDefinitionBuilder builder = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(FilterRegistrationBean.class);
builder.addPropertyValue("asyncSupported", attributes.get("asyncSupported"));
builder.addPropertyValue("dispatcherTypes", extractDispatcherTypes(attributes));
builder.addPropertyValue("filter", beanDefinition);
builder.addPropertyValue("initParameters", extractInitParameters(attributes));
String name = determineName(attributes, beanDefinition);
builder.addPropertyValue("name", name);
builder.addPropertyValue("servletNames", attributes.get("servletNames"));
builder.addPropertyValue("urlPatterns", extractUrlPatterns(attributes));
registry.registerBeanDefinition(name, builder.getBeanDefinition());
}
// 省略非关键代码
```
这里我再次贴出了WebFilterHandler中doHandle()的逻辑(即通过 BeanDefinitionBuilder动态构建了FilterRegistrationBean类型的BeanDefinition。然而遗憾的是**此处并没有设置order的值更没有根据@Order指定的值去设置。**
到这里我们终于看清楚了问题的本质,所有被@WebFilter注解的类最终都会在此处被包装为FilterRegistrationBean类的BeanDefinition。虽然FilterRegistrationBean也拥有Ordered接口但此处却并没有填充值因为这里所有的属性都是从@WebFilter对应的属性获取的而@WebFilter本身没有指定可以辅助排序的属性。
现在我们来总结下,过滤器的执行顺序是由下面这个串联决定的:
> RegistrationBean中order属性的值->
> ServletContextInitializerBeans类成员变量sortedList中元素的顺序->
> ServletWebServerApplicationContext 中selfInitialize()遍历FilterRegistrationBean的顺序->
> addFilterMapBefore()调用的顺序->
> filterMaps内元素的顺序->
> 过滤器的执行顺序
可见RegistrationBean中order属性的值最终可以决定过滤器的执行顺序。但是可惜的是当使用@WebFilter时构建的FilterRegistrationBean并没有依据@Order的值去设置order属性所以@Order失效了。
### 问题修正
现在我们理清了Spring启动Web服务之前的一些必要类的初始化流程同时也弄清楚了@Order和@WebFilter同时使用失效的原因但这个问题想要解决却并非那么简单。
这里我先提供给你一个常见的做法即实现自己的FilterRegistrationBean来配置添加过滤器不再使用@WebFilter。具体代码如下
```
@Configuration
public class FilterConfiguration {
@Bean
public FilterRegistrationBean authFilter() {
FilterRegistrationBean registration = new FilterRegistrationBean();
registration.setFilter(new AuthFilter());
registration.addUrlPatterns("/*");
registration.setOrder(2);
return registration;
}
@Bean
public FilterRegistrationBean timeCostFilter() {
FilterRegistrationBean registration = new FilterRegistrationBean();
registration.setFilter(new TimeCostFilter());
registration.addUrlPatterns("/*");
registration.setOrder(1);
return registration;
}
}
```
按照我们查看的源码中的逻辑虽然WebFilterHandler中doHandle()构建了FilterRegistrationBean类型的BeanDefinition但**没有设置order的值**。
所以在这里我们直接手工实例化了FilterRegistrationBean实例而且设置了其setOrder()。同时不要忘记去掉AuthFilter和TimeCostFilter类中的@WebFilter这样问题就得以解决了。
## 案例2过滤器被多次执行
我们继续沿用上面的案例代码,要解决排序问题,可能有人就想了是不是有其他的解决方案呢?比如我们能否在两个过滤器中增加@Component从而让@Order生效呢代码如下。
AuthFilter
```
@WebFilter
@Slf4j
@Order(2)
@Component
public class AuthFilter implements Filter {
@SneakyThrows
@Override
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain){
if(isPassAuth()){
System.out.println("通过授权");
chain.doFilter(request, response);
}else{
System.out.println("未通过授权");
((HttpServletResponse)response).sendError(401);
}
}
private boolean isPassAuth() throws InterruptedException {
System.out.println("执行检查权限");
Thread.sleep(1000);
return true;
}
}
```
TimeCostFilter类如下
```
@WebFilter
@Slf4j
@Order(1)
@Component
public class TimeCostFilter implements Filter {
@Override
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
System.out.println("#开始计算接口耗时");
long start = System.currentTimeMillis();
chain.doFilter(request, response);
long end = System.currentTimeMillis();
long time = end - start;
System.out.println("#执行时间(ms)" + time);
}
}
```
最终执行结果如下:
```
#开始计算接口耗时
执行检查权限
通过授权
执行检查权限
通过授权
#开始计算接口耗时
......用户注册成功
#执行时间(ms)73
#执行时间(ms)2075
```
更改 AuthFilter 类中的Order值为0继续测试得到结果如下
```
执行检查权限
通过授权
#开始计算接口耗时
执行检查权限
通过授权
#开始计算接口耗时
......用户注册成功
#执行时间(ms)96
#执行时间(ms)1100
```
显然通过Order的值我们已经可以随意调整Filter的执行顺序但是我们会惊奇地发现过滤器本身被执行了2次这明显不符合我们的预期那么如何理解这个现象呢
### 案例解析
从案例1中我们已经得知被@WebFilter的过滤器会在WebServletHandler类中被重新包装为FilterRegistrationBean类的BeanDefinition而并非是Filter类型。
而当我们在自定义过滤器中增加@Component时我们可以大胆猜测下理论上Spring会根据当前类再次包装一个新的过滤器因而doFIlter()被执行两次。因此看似奇怪的测试结果,也在情理之中了。
我们继续从源码中寻找真相继续查阅ServletContextInitializerBeans的构造方法如下
```
public ServletContextInitializerBeans(ListableBeanFactory beanFactory,
Class<? extends ServletContextInitializer>... initializerTypes) {
this.initializers = new LinkedMultiValueMap<>();
this.initializerTypes = (initializerTypes.length != 0) ? Arrays.asList(initializerTypes)
: Collections.singletonList(ServletContextInitializer.class);
addServletContextInitializerBeans(beanFactory);
addAdaptableBeans(beanFactory);
List<ServletContextInitializer> sortedInitializers = this.initializers.values().stream()
.flatMap((value) -> value.stream().sorted(AnnotationAwareOrderComparator.INSTANCE))
.collect(Collectors.toList());
this.sortedList = Collections.unmodifiableList(sortedInitializers);
logMappings(this.initializers);
}
```
上一个案例中我们关注了addServletContextInitializerBeans()了解了它的作用是实例化并注册了所有FilterRegistrationBean类型的过滤器严格说是实例化并注册了所有的ServletRegistrationBean、FilterRegistrationBean以及ServletListenerRegistrationBean但这里我们只关注FilterRegistrationBean
而第7行的addAdaptableBeans()其作用则是实例化所有实现Filter接口的类严格说是实例化并注册了所有实现Servlet、Filter以及EventListener接口的类然后再逐一包装为FilterRegistrationBean。
之所以Spring能够直接实例化FilterRegistrationBean类型的过滤器这是因为
* WebFilterHandler相关类通过扫描@WebFilter动态构建了FilterRegistrationBean类型的BeanDefinition并注册到Spring
* 或者我们自己使用@Bean来显式实例化FilterRegistrationBean并注册到Spring如案例1中的解决方案。
但Filter类型的过滤器如何才能被Spring直接实例化呢相信你已经有答案了**任何通过@Component修饰的的类都可以自动注册到Spring且能被Spring直接实例化。**
现在我们直接查看addAdaptableBeans()其调用了addAsRegistrationBean()其beanType为Filter.class
```
protected void addAdaptableBeans(ListableBeanFactory beanFactory) {
// 省略非关键代码
addAsRegistrationBean(beanFactory, Filter.class, new FilterRegistrationBeanAdapter());
// 省略非关键代码
}
```
继续查看最终调用到的方法addAsRegistrationBean()
```
private <T, B extends T> void addAsRegistrationBean(ListableBeanFactory beanFactory, Class<T> type,
Class<B> beanType, RegistrationBeanAdapter<T> adapter) {
List<Map.Entry<String, B>> entries = getOrderedBeansOfType(beanFactory, beanType, this.seen);
for (Entry<String, B> entry : entries) {
String beanName = entry.getKey();
B bean = entry.getValue();
if (this.seen.add(bean)) {
// One that we haven't already seen
RegistrationBean registration = adapter.createRegistrationBean(beanName, bean, entries.size());
int order = getOrder(bean);
registration.setOrder(order);
this.initializers.add(type, registration);
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Created " + type.getSimpleName() + " initializer for bean '" + beanName + "'; order="
+ order + ", resource=" + getResourceDescription(beanName, beanFactory));
}
}
}
}
```
主要逻辑如下:
* 通过getOrderedBeansOfType()创建了所有 Filter 子类的实例即所有实现Filter接口且被@Component修饰的类
* 依次遍历这些Filter类实例并通过RegistrationBeanAdapter将这些类包装为RegistrationBean
* 获取Filter类实例的Order值并设置到包装类 RegistrationBean中
* 将RegistrationBean添加到this.initializers。
到这,我们了解到,当过滤器同时被@WebFilter和@Component修饰时会导致两个FilterRegistrationBean实例的产生。addServletContextInitializerBeans()和addAdaptableBeans()最终都会创建FilterRegistrationBean的实例但不同的是
* @WebFilter会让addServletContextInitializerBeans()实例化并注册所有动态生成的FilterRegistrationBean类型的过滤器
* @Component会让addAdaptableBeans()实例化所有实现Filter接口的类然后再逐一包装为FilterRegistrationBean类型的过滤器。
### 问题修正
解决这个问题提及的顺序问题自然可以继续参考案例1的问题修正部分。另外我们也可以去掉@WebFilter保留@Component的方式进行修改修改后的Filter示例如下
```
//@WebFilter
@Slf4j
@Order(1)
@Component
public class TimeCostFilter implements Filter {
//省略非关键代码
}
```
## 重点回顾
这节课我们分析了过滤器在Spring框架中注册、包装以及实例化的整个流程最后我们再次回顾下重点。
@WebFilter和@Component的相同点是
* 它们最终都被包装并实例化成为了FilterRegistrationBean
* 它们最终都是在 ServletContextInitializerBeans的构造器中开始被实例化。
@WebFilter和@Component的不同点是
* 被@WebFilter修饰的过滤器会被提前在BeanFactoryPostProcessors扩展点包装成FilterRegistrationBean类型的BeanDefinition然后在ServletContextInitializerBeans.addServletContextInitializerBeans() 进行实例化;而使用@Component修饰的过滤器类是在ServletContextInitializerBeans.addAdaptableBeans() 中被实例化成Filter类型后再包装为RegistrationBean类型。
* 被@WebFilter修饰的过滤器不会注入Order属性但被@Component修饰的过滤器会在ServletContextInitializerBeans.addAdaptableBeans() 中注入Order属性。
## 思考题
这节课的两个案例它们都是在Tomcat容器启动时发生的但你了解Spring是如何整合Tomcat使其在启动时注册这些过滤器吗
期待你的思考,我们留言区见!