63 | 职责链模式（下）：框架中常用的过滤器、拦截器是如何实现的？

2020-03-27 王争

设计模式之美

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讲述：冯永吉

时长08:25大小7.72M

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上一节课，我们学习职责链模式的原理与实现，并且通过一个敏感词过滤框架的例子，展示了职责链模式的设计意图。本质上来说，它跟大部分设计模式一样，都是为了解耦代码，应对代码的复杂性，让代码满足开闭原则，提高代码的可扩展性。
除此之外，我们还提到，职责链模式常用在框架的开发中，为框架提供扩展点，让框架的使用者在不修改框架源码的情况下，基于扩展点添加新的功能。实际上，更具体点来说，职责链模式最常用来开发框架的过滤器和拦截器。今天，我们就通过 Servlet Filter、Spring Interceptor 这两个 Java 开发中常用的组件，来具体讲讲它在框架开发中的应用。
话不多说，让我们正式开始今天的学习吧！
Servlet FilterServlet Filter 是 Java Servlet 规范中定义的组件，翻译成中文就是过滤器，它可以实现对 HTTP 请求的过滤功能，比如鉴权、限流、记录日志、验证参数等等。因为它是 Servlet 规范的一部分，所以，只要是支持 Servlet 的 Web 容器（比如，Tomcat、Jetty 等），都支持过滤器功能。为了帮助你理解，我画了一张示意图阐述它的工作原理，如下所示。
在实际项目中，我们该如何使用 Servlet Filter 呢？我写了一个简单的示例代码，如下所示。添加一个过滤器，我们只需要定义一个实现 javax.servlet.Filter 接口的过滤器类，并且将它配置在 web.xml 配置文件中。Web 容器启动的时候，会读取 web.xml 中的配置，创建过滤器对象。当有请求到来的时候，会先经过过滤器，然后才由 Servlet 来处理。
public class LogFilter implements Filter {
  @Override
  public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
    // 在创建Filter时自动调用，
    // 其中filterConfig包含这个Filter的配置参数，比如name之类的（从配置文件中读取的）
  }
  @Override
  public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
    System.out.println("拦截客户端发送来的请求.");
    chain.doFilter(request, response);
    System.out.println("拦截发送给客户端的响应.");
  }
  @Override
  public void destroy() {
    // 在销毁Filter时自动调用
  }
}
// 在web.xml配置文件中如下配置：
<filter>
  <filter-name>logFilter</filter-name>
  <filter-class>com.xzg.cd.LogFilter</filter-class>
</filter>
<filter-mapping>
    <filter-name>logFilter</filter-name>
    <url-pattern>/*</url-pattern>
</filter-mapping>
从刚刚的示例代码中，我们发现，添加过滤器非常方便，不需要修改任何代码，定义一个实现 javax.servlet.Filter 的类，再改改配置就搞定了，完全符合开闭原则。那 Servlet Filter 是如何做到如此好的扩展性的呢？我想你应该已经猜到了，它利用的就是职责链模式。现在，我们通过剖析它的源码，详细地看看它底层是如何实现的。
在上一节课中，我们讲到，职责链模式的实现包含处理器接口（IHandler）或抽象类（Handler），以及处理器链（HandlerChain）。对应到 Servlet Filter，javax.servlet.Filter 就是处理器接口，FilterChain 就是处理器链。接下来，我们重点来看 FilterChain 是如何实现的。
不过，我们前面也讲过，Servlet 只是一个规范，并不包含具体的实现，所以，Servlet 中的 FilterChain 只是一个接口定义。具体的实现类由遵从 Servlet 规范的 Web 容器来提供，比如，ApplicationFilterChain 类就是 Tomcat 提供的 FilterChain 的实现类，源码如下所示。
为了让代码更易读懂，我对代码进行了简化，只保留了跟设计思路相关的代码片段。完整的代码你可以自行去 Tomcat 中查看。
public final class ApplicationFilterChain implements FilterChain {
  private int pos = 0; //当前执行到了哪个filter
  private int n; //filter的个数
  private ApplicationFilterConfig[] filters;
  private Servlet servlet;
  
  @Override
  public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) {
    if (pos < n) {
      ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++];
      Filter filter = filterConfig.getFilter();
      filter.doFilter(request, response, this);
    } else {
      // filter都处理完毕后，执行servlet
      servlet.service(request, response);
    }
  }
  
  public void addFilter(ApplicationFilterConfig filterConfig) {
    for (ApplicationFilterConfig filter:filters)
      if (filter==filterConfig)
         return;
    if (n == filters.length) {//扩容
      ApplicationFilterConfig[] newFilters = new ApplicationFilterConfig[n + INCREMENT];
      System.arraycopy(filters, 0, newFilters, 0, n);
      filters = newFilters;
    }
    filters[n++] = filterConfig;
  }
}
ApplicationFilterChain 中的 doFilter() 函数的代码实现比较有技巧，实际上是一个递归调用。你可以用每个 Filter（比如 LogFilter）的 doFilter() 的代码实现，直接替换 ApplicationFilterChain 的第 12 行代码，一眼就能看出是递归调用了。我替换了一下，如下所示。
  @Override
  public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) {
    if (pos < n) {
      ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++];
      Filter filter = filterConfig.getFilter();
      //filter.doFilter(request, response, this);
      //把filter.doFilter的代码实现展开替换到这里
      System.out.println("拦截客户端发送来的请求.");
      chain.doFilter(request, response); // chain就是this
      System.out.println("拦截发送给客户端的响应.")
    } else {
      // filter都处理完毕后，执行servlet
      servlet.service(request, response);
    }
  }
这样实现主要是为了在一个 doFilter() 方法中，支持双向拦截，既能拦截客户端发送来的请求，也能拦截发送给客户端的响应，你可以结合着 LogFilter 那个例子，以及对比待会要讲到的 Spring Interceptor，来自己理解一下。而我们上一节课给出的两种实现方式，都没法做到在业务逻辑执行的前后，同时添加处理代码。
Spring Interceptor刚刚讲了 Servlet Filter，现在我们来讲一个功能上跟它非常类似的东西，Spring Interceptor，翻译成中文就是拦截器。尽管英文单词和中文翻译都不同，但这两者基本上可以看作一个概念，都用来实现对 HTTP 请求进行拦截处理。
它们不同之处在于，Servlet Filter 是 Servlet 规范的一部分，实现依赖于 Web 容器。Spring Interceptor 是 Spring MVC 框架的一部分，由 Spring MVC 框架来提供实现。客户端发送的请求，会先经过 Servlet Filter，然后再经过 Spring Interceptor，最后到达具体的业务代码中。我画了一张图来阐述一个请求的处理流程，具体如下所示。
在项目中，我们该如何使用 Spring Interceptor 呢？我写了一个简单的示例代码，如下所示。LogInterceptor 实现的功能跟刚才的 LogFilter 完全相同，只是实现方式上稍有区别。LogFilter 对请求和响应的拦截是在 doFilter() 一个函数中实现的，而 LogInterceptor 对请求的拦截在 preHandle() 中实现，对响应的拦截在 postHandle() 中实现。
public class LogInterceptor implements HandlerInterceptor {
  @Override
  public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
    System.out.println("拦截客户端发送来的请求.");
    return true; // 继续后续的处理
  }
  @Override
  public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {
    System.out.println("拦截发送给客户端的响应.");
  }
  @Override
  public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception {
    System.out.println("这里总是被执行.");
  }
}
//在Spring MVC配置文件中配置interceptors
<mvc:interceptors>
   <mvc:interceptor>
       <mvc:mapping path="/*"/>
       <bean class="com.xzg.cd.LogInterceptor" />
   </mvc:interceptor>
</mvc:interceptors>
同样，我们还是来剖析一下，Spring Interceptor 底层是如何实现的。
当然，它也是基于职责链模式实现的。其中，HandlerExecutionChain 类是职责链模式中的处理器链。它的实现相较于 Tomcat 中的 ApplicationFilterChain 来说，逻辑更加清晰，不需要使用递归来实现，主要是因为它将请求和响应的拦截工作，拆分到了两个函数中实现。HandlerExecutionChain 的源码如下所示，同样，我对代码也进行了一些简化，只保留了关键代码。
public class HandlerExecutionChain {
 private final Object handler;
 private HandlerInterceptor[] interceptors;
 
 public void addInterceptor(HandlerInterceptor interceptor) {
  initInterceptorList().add(interceptor);
 }
 boolean applyPreHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception {
  HandlerInterceptor[] interceptors = getInterceptors();
  if (!ObjectUtils.isEmpty(interceptors)) {
   for (int i = 0; i < interceptors.length; i++) {
    HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];
    if (!interceptor.preHandle(request, response, this.handler)) {
     triggerAfterCompletion(request, response, null);
     return false;
    }
   }
  }
  return true;
 }
 void applyPostHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, ModelAndView mv) throws Exception {
  HandlerInterceptor[] interceptors = getInterceptors();
  if (!ObjectUtils.isEmpty(interceptors)) {
   for (int i = interceptors.length - 1; i >= 0; i--) {
    HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];
    interceptor.postHandle(request, response, this.handler, mv);
   }
  }
 }
 void triggerAfterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Exception ex)
   throws Exception {
  HandlerInterceptor[] interceptors = getInterceptors();
  if (!ObjectUtils.isEmpty(interceptors)) {
   for (int i = this.interceptorIndex; i >= 0; i--) {
    HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];
    try {
     interceptor.afterCompletion(request, response, this.handler, ex);
    } catch (Throwable ex2) {
     logger.error("HandlerInterceptor.afterCompletion threw exception", ex2);
    }
   }
  }
 }
}
在 Spring 框架中，DispatcherServlet 的 doDispatch() 方法来分发请求，它在真正的业务逻辑执行前后，执行 HandlerExecutionChain 中的 applyPreHandle() 和 applyPostHandle() 函数，用来实现拦截的功能。具体的代码实现很简单，你自己应该能脑补出来，这里就不罗列了。感兴趣的话，你可以自行去查看。
重点回顾好了，今天的内容到此就讲完了。我们一块来总结回顾一下，你需要重点掌握的内容。
职责链模式常用在框架开发中，用来实现框架的过滤器、拦截器功能，让框架的使用者在不需要修改框架源码的情况下，添加新的过滤拦截功能。这也体现了之前讲到的对扩展开放、对修改关闭的设计原则。
今天，我们通过 Servlet Filter、Spring Interceptor 两个实际的例子，给你展示了在框架开发中职责链模式具体是怎么应用的。从源码中，我们还可以发现，尽管上一节课中我们有给出职责链模式的经典代码实现，但在实际的开发中，我们还是要具体问题具体对待，代码实现会根据不同的需求有所变化。实际上，这一点对于所有的设计模式都适用。
课堂讨论
前面在讲代理模式的时候，我们提到，Spring AOP 是基于代理模式来实现的。在实际的项目开发中，我们可以利用 AOP 来实现访问控制功能，比如鉴权、限流、日志等。今天我们又讲到，Servlet Filter、Spring Interceptor 也可以用来实现访问控制。那在项目开发中，类似权限这样的访问控制功能，我们该选择三者（AOP、Servlet Filter、Spring Interceptor）中的哪个来实现呢？有什么参考标准吗？
除了我们讲到的 Servlet Filter、Spring Interceptor 之外，Dubbo Filter、Netty ChannelPipeline 也是职责链模式的实际应用案例，你能否找一个你熟悉的并且用到职责链模式的框架，像我一样分析一下它的底层实现呢？
欢迎留言和我分享你的想法。如果有收获，欢迎你把这篇文章分享给你的朋友。

62 | 职责链模式（上）：如何实现可灵活扩展算法的敏感信息过滤框架？

64 | 状态模式：游戏、工作流引擎中常用的状态机是如何实现的？

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171614 3665 拼课微信(24)

cricket1981

2020-03-27

Filter 可以拿到原始的http请求，但是拿不到你请求的控制器和请求控制器中的方法的信息; Interceptor 可以拿到你请求的控制器和方法，却拿不到请求方法的参数; Aop 可以拿到方法的参数，但是却拿不到http请求和响应的对象

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筱乐乐哦

2020-03-27

1、个人感觉权限的话，属于api的调用，应该放在调用链比较靠前的位置，早发现早处理，所以用Servlet Filter会更好一些吧，如果是rpc层的话，例如dubbo，就需要在实现filter的时候通过order吧filter得优先级提高一些，让这个filter先执行，个人感觉哈
2、Dubbo Filter的核心处理逻辑在ProtocolFilterWrapper类下的buildInvokerChain这个方法中，属于把所有的filter的类对象搞成一个list，通过遍历list去调用所有的filter，Netty ChannelPipeline我记得是一个双向链表，pipeline 中的节点的数据结构是 ChannelHandlerContext 类，每个 ChannelHandlerContext 包含一个 ChannelHandler这种，支持从头尾开始传播事件，也就是触发调用，也可以从中间节点进行调用，入栈(read)是从head开始传播，也就是开始依次调用，出栈(write)是从tail开始传播，倒着调用。感觉算是对责任链的一个拓展使用，记不清了，得去看看代码，如果说错了，欢迎指点

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PCMD

2020-03-27

针对问题1而言，其实要实现一个鉴权的过滤器，通过以上3种方式都是可以去实现的，然而从粒度，场景，和方式上边有有所区别，主要采取用哪个，还是有业务来决定去用，没有统一的参考标准。比如要对所有的web接口，进行统一的权限处理，不需要区分动作，写或者读，所有一视同仁，这种情况下，servlet的更加适合。针对一些存在状态的，比如做一些统一的去参数转换，cookie转uid之类，以及通用检验uid是否符合当前权限，则很用mvc较好，而aop粒度就可以分的更加细致了，在一些更新需要，查询不需要的，如分控，日志记录等，就比较适合

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小晏子

2020-03-27

首先需要明确“访问控制功能”的粒度，如果访问控制功能要精确到每个请求，那么要使用AOP，AOP可以配置每个controller的访问权限。而Spring interceptor和servlet filter的粒度会粗一些，控制HttpRequest, HttpResponse的访问。另外servlet filter不能够使用 Spring 容器资源，只能在容器（如tomcat）启动时调用一次，而Spring Interceptor是一个Spring的组件，归Spring管理，配置在Spring文件中，因此能使用Spring里的任何资源、对象，例如 Service对象、数据源、事务管理等，通过IoC注入到Interceptor即可。相比较而言，Spring interceptor更灵活一些。

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Xs.Ten

2020-03-27

即时通讯里面的消息分发可以用到责任链模式。可以添加不同的分发规则来分发不同的消息类型到各个消息处理器。

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袁帅

2020-03-27

1、权限应该使用servlet filter , servlet filter 是对早被执行的，可为所有request加拦截，如果仅仅想对web请求加权限，那么使用spring interceptor

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Geek_54edc1

2020-03-27

思考题一：首先要区分三者的特点，Spring AOP的使用粒度是类，是对类的一个包装；servlet filter和spring interceptor主要是对httpRequest、httpResponse做处理，servlet filterChain的实现依赖于具体的Web容器，而spring interceptor和spring AOP都依赖于spring框架，servlet filter在一个函数里拦截请求和响应，而spring interceptor将请求、响应的拦截分成了两个函数；其次，针对特定的应用场景，选择适合的。

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LiG❄️

2020-03-27

老师，请问Servlet Filter中采用递归方式调用职责链中元素，Spring Interceptor中采用数组变量方式调用职责链中元素，这两种调用方式，是基于什么考虑的，有什么优劣呢？

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+ +

2020-03-27

安卓的网络请求框架 okhttp中使用了责任链

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test

2020-03-27

偏业务的使用AOP，全局的使用servlet filter

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Yang

2020-03-27

但在实际的开发中，我们还是要具体问题具体对待，代码实现会根据不同的需求有所变化。实际上，这一点对于所有的设计模式都适用。
这句话很精辟

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李小四

2020-03-31

设计模式_63:
# 作业
1. 这个问题确实不懂，看了大家的回答，了解到对于颗粒度的考虑。
2. 有一个Java/Kotlin的网络库叫Okhttp，也用到了职责链模式，用来做一些日志记录等。

# 感想
第一次看Okhttp源码涉及Interceptor的时候，绕来绕去，一会儿Interceptor调用Chain，一会儿又反过来，云里雾里。。。看了几遍又画了图，才明白了流程。
当时不知道叫职责链模式，只是感觉写得很妙。

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jiajia

2020-03-30

okhttp

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Geek_27a248

2020-03-30

比如鉴权，限流，日志三个方面的话，鉴权可以使用spring interceptor，spring管理的获取的信息比较多，方便做更细的鉴权；限流的话可以使用servlet filter，执行比较考前，最大程度降低后方请求数量。日志的话使用aop，最大细度的记录日志信息。不知道这样理解的对不对，对这些的理解还是比较片面的不够深入，还有待加深

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朱晋君

2020-03-29

1.如果是一个全局的鉴权，用servlet 自有的filter是最好的，实现也简单，如果是有特性的鉴权，用拦截器或者aop注解的方式实现比较好
2.mybatis的拦截器就用了职责链模式，InterceptorChain类作为职责链类，Interceptor接口的实现类作为handler类，加@Intercepts注解来定义

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楊_宵夜

2020-03-29

针对问题1，一把泪水想起了项目中的坑. 个人觉得最大的不同还是生效粒度的问题.
1. Servlet Filter是针对Servlet容器里的方法都能生效. 就是说Servlet容器里就算要把Spring换成别的框架，鉴权代码依然能生效.
2. Spring开头的就只能在Spring中生效，
2.1. 但更好还是在interceptor，因为interceptor天然的设计背景就是[在请求前，在相应后.]
2.2. 如果用AOP实现，就很依赖于AOP的pointcut设置，一不小心就会在[一次请求响应里]执行了[多次重复的鉴权服务]……

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木木

2020-03-29

Mybatis中的拦截器也使用到责任链模式，只不过是通过动态代理的方式，在多个同类型拦截器中通过遍历的方式为被拦截对象生成代理对象，然后使用生成的代理对象作为参数继续生成代理对象，直至遍历结束，拿到最外层代理对象，触发invoke方法完成链式拦截器传递

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webmin

2020-03-29

AOP、Servlet Filter、Spring Interceptor这三者可以从不同权限检查的范围大小的视角来应用：
1. Servlet Filter
  运维部门需要对只供内部访问的服务进行IP限制或访问审查时，在容器这一层增加一个Filter，在发布时发布系统自动加挂这个Filter，这样对上层应用就是透明的，内网IP地址段增减或审查规则调整都不需要上层应用的开发人员去关心。
2. Spring Interceptor
  由框架或基础服务部门来提供的微服务间相互调用的授权检查时，可以提供统一的SDK，由程序员在需要的服务上配置。
3. AOP
  业务应用内权限检查，可以把权限检查在统一模块中实现，通过配置由AOP加插拦截检查。

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徐旭

2020-03-28

老师讲得赞👍

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Geek_3b1096

2020-03-28

细读

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