由浅入深讲解责任链模式,理解Tomcat的Filter过滤器

本文将从简单的场景引入, 逐步优化, 最后给出具体的责任链设计模式实现.

场景引入

• 首先我们考虑这样一个场景: 论坛上用户要发帖子, 但是用户的想法是丰富多变的, 他们可能正常地发帖, 可能会在网页中浅入html代码, 可能会使用错误的表情格式, 也可能发送一些敏感信息.
• 作为论坛的管理员必须对用户的帖子进行过滤才能显示出来, 否则论坛就经营不下去了. 现在我们考虑一种最简单处理方式.

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        String msg = "大家好 :), <script>haha</script> 我要说超级敏感的话";//假设有一条这样的贴子
        MsgProcessor mp = new MsgProcessor();
        mp.setMsg(msg);//处理帖子
        System.out.println(mp.process());
    }
}
//帖子处理器
class MsgProcessor{
    private String msg;

    public String process(){
        //对html标签<>进行处理
        String str = msg.replace("<", "[").replace(">", "]");
        //对敏感字符尽心处理
        str = str.replace("敏感", "正常");
        //对错误的表情格式进行处理
        str = str.replace(":)", "^_^");
        return str;
    }
    //get() / set() 方法...
}
//输出结果
大家好 ^_^, [script]haha[/script] 我要说超级正常的话

 

责任链模型初体现

• 通过上面的代码可以看到帖子处理器会对帖子进行不同的过滤, 我们可以把一种过滤方法对应为一个过滤器, 并且向上抽取出过滤器接口.

public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) {
        String msg = "大家好 :), <script>haha</script> 我要说超级敏感的话";
        MsgProcessor mp = new MsgProcessor();
        mp.setMsg(msg);
        System.out.println(mp.process());
    }
}

class MsgProcessor{
    private String msg;
    private Filter[] filters = {new HtmlFilter(), new SensitiveFilter(), new ExpressionFilter()};
    public String process(){
        for(Filter f : filters){
            msg = f.doFilter(msg);
        }
        return msg;
    }

    public String getMsg() {
        return msg;
    }

    public void setMsg(String msg) {
        this.msg = msg;
    }
}
//过滤器接口
interface Filter{
    public String doFilter(String s);
}
//处理html标签
class HtmlFilter implements Filter{
    @Override
    public String doFilter(String s) {
        return s.replace("<", "[").replace(">", "]");
    }
}
//处理敏感词句
class SensitiveFilter implements Filter{
    @Override
    public String doFilter(String s) {
        return s.replace("敏感", "正常");
    }
}
//处理表情
class ExpressionFilter implements Filter{
    @Override
    public String doFilter(String s) {
        return s.replace(":)", "^_^");
    }
}

 

• 上面的代码已经具备了责任链的模型. 在帖子发送到服务器的过程中, 它将依次经过3个过滤器, 这三个过滤器就构成一条过滤器链.

• 下面我们考虑, 如果我们要在帖子处理过程中加入新的过滤器链条, 加在原链条的末尾或中间, 该怎么办呢?
• 消息经过过滤器链条的过程会得到处理, 我们可以把过滤器链条看成一个过滤器, 让他也实现Filter接口, 那么就可以在一条过滤链中任意加入其他过滤器和过滤链了.
• 下面的代码实现了过滤链FilterChain, 用过滤链替代原来的MsgProcessor.

public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        String msg = "大家好 :), <script>haha</script> 我要说超级敏感的话";//待处理的帖子
        FilterChain fc1 = new FilterChain();//创建一条过滤器链1
        fc1.add(new HtmlFilter())
                .add(new SensitiveFilter());//往过滤器链1中添加过滤器

        FilterChain fc2 = new FilterChain();//创建一条过滤器链2
        fc2.add(new ExpressionFilter());//往过滤器链2中添加过滤器

        fc1.add(fc2);//把过滤器链2当作过滤器添加到过滤器链1中,(过滤器链实现了Filter接口)

        msg = fc1.doFilter(msg);//使用过滤器链1对帖子进行过滤
        System.out.println(msg);
    }
}

class FilterChain implements Filter{

    private List<Filter> list = new ArrayList<>();

    public FilterChain add(Filter filter){
        this.list.add(filter);
        return this;
    }

    @Override
    public String doFilter(String s) {
        for(Filter f : list){
            s = f.doFilter(s);
        }
        return s;
    }
}

class HtmlFilter implements Filter{
    @Override
    public String doFilter(String s) {
        return s.replace("<", "[").replace(">", "]");
    }
}

class SensitiveFilter implements Filter{
    @Override
    public String doFilter(String s) {
        return s.replace("敏感", "正常");
    }
}

class ExpressionFilter implements Filter{
    @Override
    public String doFilter(String s) {
        return s.replace(":)", "^_^");
    }
}

interface Filter{
    public String doFilter(String s);
}

 

更精巧设计, 展现责任链模式

• 在继续优化之前, 我们考虑更现实的需求, 一个请求(发出一个帖子)作为数据报发送给服务器, 服务器除了需要对请求进行过滤外, 还需要给出响应, 并且可能要对响应也进行处理. 如下图所示

• 当一个消息(包含请求体和响应体)发往服务器时, 它将依次经过过滤器1, 2, 3. 而当处理完成后, 封装好响应发出服务器时, 它也将依次经过过滤器3, 2, 1.
• 大家可能会觉得有点像栈结构, 但是像归像, 这一逻辑应该如何实现呢?
• 首先我们可以让过滤器持有过滤器链的引用, 通过调用过滤器链依次执行每个过滤器. 为了能让过滤器依次执行每个过滤器, 过滤器会持有一个index序号, 通过序号控制执行顺序. 至于后面对response的倒序请求, 则通过方法返回实现. 这部分设计纯用文字难以讲清, 请务必看下面的代码和代码后的分析, 配图.
• 这个部分是责任链的精髓了, 懂了这部分代码, 看Web开发中的过滤器源码就没压力了.

public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        String msg = "大家好 :), <script>haha</script> 我要说超级敏感的话";//以下三行模拟一个请求
        Request request = new Request();
        request.setRequestStr(msg);

        Response response = new Response();//响应

        FilterChain fc = new FilterChain();//过滤器链
        HtmlFilter f1 = new HtmlFilter();//创建过滤器
        SensitiveFilter f2 = new SensitiveFilter();
        ExpressionFilter f3 = new ExpressionFilter();
        fc.add(f1);//把过滤器添加到过滤器链中
        fc.add(f2);
        fc.add(f3);

        fc.doFilter(request, response, fc);//直接调用过滤器链的doFilter()方法进行处理
        System.out.println(request.getRequestStr());
    }
}

interface Filter{
    public void doFilter(Request request, Response response, FilterChain fc);
}

class FilterChain implements Filter{

    private List<Filter> list = new ArrayList<>();

    private int index = 0;

    public FilterChain add(Filter filter){
        this.list.add(filter);
        return this;
    }

    @Override
    public void doFilter(Request request, Response response, FilterChain fc) {
        if(index == list.size()){
            return;//这里是逆序处理响应的关键, 当index为容器大小时, 证明对request的处理已经完成, 下面进入对response的处理.
        }
        Filter f = list.get(index);//过滤器链按index的顺序拿到filter
        index++;
        f.doFilter(request, response, fc);
    }

}

class HtmlFilter implements Filter{
    @Override
    public void doFilter(Request request, Response response, FilterChain fc) {
        request.setRequestStr(request.getRequestStr().replace("<", "[").replace(">","]"));
        System.out.println("在HtmlFilter中处理request");//先处理request
        fc.doFilter(request, response, fc);//调用过滤器链的doFilter方法, 让它去执行下一个Filter的doFilter方法, 处理response的代码将被挂起
        System.out.println("在HtmlFilter中处理response");
    }
}

class SensitiveFilter implements Filter{
    @Override
    public void doFilter(Request request, Response response, FilterChain fc) {
        request.setRequestStr(request.getRequestStr().replace("敏感", "正常"));
        System.out.println("在SensitiveFilter中处理request");
        fc.doFilter(request, response, fc);
        System.out.println("在SensitiveFilter中处理response");
    }
}

class ExpressionFilter implements Filter{
    @Override
    public void doFilter(Request request, Response response, FilterChain fc) {
        request.setRequestStr(request.getRequestStr().replace(":)", "^_^"));
        System.out.println("在ExpressionFilter中处理request");
        fc.doFilter(request, response, fc);
        System.out.println("在ExpressionFilter中处理response");
    }
}

class Request{
    private String requestStr;//真正的Request对象中是包含很多信息的, 这里仅用一个字符串作模拟

    public String getRequestStr() {
        return requestStr;
    }

    public void setRequestStr(String requestStr) {
        this.requestStr = requestStr;
    }
}

class Response{
    private String responseStr;

    public String getResponseStr() {
        return responseStr;
    }

    public void setResponseStr(String responseStr) {
        this.responseStr = responseStr;
    }
}

 

• 下面我描述一次整个过程, 你可以根据文字找到相应的代码进行理解.
• 首先我们分别创建一个Request和Response对象. Request在传入进后端时需要依次被过滤器1, 2, 3进行处理, Response对象在输出时要依次被过滤器3, 2, 1处理.
• 创建好请求和响应对象后我们创建过滤器链, 并依次加入过滤器1, 2, 3. 整个处理流程将交给过滤器链决定.
• 接着我们调用过滤器链的doFilter()方法对request对象进行处理
• 这时过滤器链中的index值为0, 通过index我们找到第一个过滤器并调用它的doFilter()方法, 我们观察这段代码

class HtmlFilter implements Filter{
    @Override
    public void doFilter(Request request, Response response, FilterChain fc) {
        request.setRequestStr(request.getRequestStr().replace("<", "[").replace(">","]"));
        System.out.println("在HtmlFilter中处理request");//先处理request

        fc.doFilter(request, response, fc);//调用过滤器链的doFilter方法, 让它去执行下一个Filter的doFilter方法, 处理response的代码将被挂起

        //在返回的过程中执行response
        System.out.println("在HtmlFilter中处理response");
    }
}

• 进入doFilter()方法后, 首先会对request请求进行处理, 然后又调用了过滤器链的doFilter()方法. 这就是整个责任链模式的精妙之处, 它解释了为什么要给doFilter()加上一个过滤器链参数, 就是为了让每个过滤器可以调用过滤器链本身执行下一个过滤器.
• 为什么要调用过滤器链本身? 因为当调用过滤器本身后, 程序将跳转回到过滤器链的doFilter方法执行, 这时index为1, 也就是拿到第二个过滤器, 然后继续处理.
• 正是由于这个跳转, 使得过滤器中对response的处理暂时无法执行, 它必须等待上面的对过滤器链的方法返回才能被执行.
• 所以最后我们将看到response响应被过滤器3, 2, 1(和请求倒序)执行.

• 放大招了, 如果看了上面的图还是不懂, 欢迎给我留言.
• 整个责任链模式已经从无到有展现出来了

 

阅读Tomcat中的Filter过滤器源码, 加深理解.

• 相信通过上面的讲解, 你已经对整个责任链模式有了进一步的理解.
• 下面我们通过阅读Tomcat里Filter的源码感受一下.

public interface Filter {
    void init(FilterConfig var1) throws ServletException;
    //熟悉的doFilter(), 熟悉的3个参数request, reponse, filterChain.
    void doFilter(ServletRequest var1, ServletResponse var2, FilterChain var3) throws IOException, ServletException;

    void destroy();
}

• 我们可以看到Filter接口的定义和我们的讲解的差不多, 只是多了初始化和销毁的方法.

public interface FilterChain {
    void doFilter(ServletRequest var1, ServletResponse var2) throws IOException, ServletException;
}

• 同时我们也看到它把FilterChain也向上抽取成接口, 不过这里的FilterChain没有实现Filter接口, 也就是说我们不能把两条FilterChain拼接在一起, 换个角度想Tomcat中的过滤器的可扩展性还没有我们例子中的好呢^_^

 

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