J2EE探索者：深入掌握 Servlet 2.4 過濾器機制與應用

Servlet 過濾器是可插拔的 Web 組件，允許在 Web 應用程式中實作前置與後置處理邏輯。它支援 Servlet 和 JSP 頁面的基礎請求處理功能，如日誌記錄、效能監控、安全控制、會話管理、XSLT 轉換等。過濾器隨 Java Servlet 2.3 規範首次發布，2.4 規範對其進行重大升級。本文將介紹 Servlet 過濾器的基礎架構、實作細節、典型應用，並展望新規範的擴充功能。

什麼是 Servlet 過濾器？

Servlet 過濾器是小型 Web 組件，攔截請求與回應，以檢視、擷取或操作客戶端與伺服器間交換的資料。它們封裝重要但非核心的輔助功能，如記錄請求/回應資料、處理安全協定、管理會話屬性等。過濾器提供面向物件的模組化機制，將通用任務封裝為可插拔組件，透過設定檔宣告並動態處理。

過濾器核心特性

• 宣告式： 透過 web.xml XML 標籤宣告，增刪過濾器無需修改應用程式碼或 JSP。
• 動態： 運行時由 Servlet 容器調用攔截處理請求/回應。
• 靈活： 涵蓋日誌、安全等常見輔助任務，可用於客戶端直接呼叫的預/後處理，亦可處理防火牆後 Web 組件間調度的請求，並可鏈結提供所需功能。
• 模組化： 將處理邏輯封裝於單一類別，定義可從請求/回應鏈輕鬆增刪的模組單元。
• 可移植： 跨平台、跨容器可移植，支援模組化與重用。
• 可重用： 得益於模組化類別設計與宣告式配置，易跨專案應用。
• 透明： 補充而非取代 Servlet/JSP 核心處理，增刪不破壞現有組件。

綜上，Servlet 過濾器是透過設定檔靈活宣告的模組化可重用組件，動態處理請求/回應，無需修改程式碼即可透明增刪，且獨立於平台與容器。

Servlet 過濾器架構

過濾器攔截傳入請求及/或傳出回應，監視、修改或處理通過的資料流。它們是自包含的模組化組件，可加入請求/回應鏈或移除而不影響其他 Web 組件。過濾器僅改變請求/回應的運行時處理，不應直接嵌入應用框架，除非透過 Servlet API 標準介面。

Web 資源可配置無過濾器（預設）、單一過濾器（典型）、或過濾器鏈。過濾器接受請求與回應物件，檢查請求決定轉發給鏈中下一組件，或中止請求直接回應客戶端。若轉發，請求傳遞給下一資源（另一過濾器、Servlet 或 JSP）。請求經過鏈被處理後，回應以相反順序通過鏈返回，各過濾器皆有機會處理回應物件。

Servlet 2.3 時過濾器僅能過濾客戶端與指定資源間內容，資源若調度給其他資源，幕後委託請求無法套用過濾器。2.4 規範移除此限制，過濾器可應用於 J2EE Web 環境中任何存在請求/回應物件的地方：客戶端與 Servlet 間、Servlet 與 Servlet/JSP 間、各包含的 JSP 頁面間。這才是真正的強大與靈活！

實作 Servlet 過濾器的三個步驟

1. 編寫實作類別

過濾器 API 包含三個介面：Filter、FilterChain、FilterConfig（均在 javax.servlet 套件）。過濾器類別實作 Filter 介面，使用另外兩個介面。FilterChain 參考傳遞給過濾器，允許將控制權傳給鏈中下一資源；FilterConfig 由容器提供，允許存取初始化資料。

為完整實作 Filter 介面，需實作三個方法：

• init(FilterConfig config)：容器實例化過濾器時調用，準備處理環境。
• doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res, FilterChain chain)：處理請求/回應的核心方法，類似 Servlet 的 service()。
• destroy()：垃圾回收前執行清理操作。

以下展示一個簡單過濾器，追蹤滿足客戶端 Web 請求所花費時間：

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();
        // 轉發請求給鏈中下一資源
        chain.doFilter(request, response);
        // 處理回應
        endTime = new Date();
        totalTime = (endTime.getTime() - startTime.getTime()) / 1000; // 毫秒轉秒
        StringWriter sw = new StringWriter();
        PrintWriter writer = new PrintWriter(sw);
        writer.println();
        writer.println("===============");
        writer.println("Total elapsed time is: " + totalTime + " seconds.");
        writer.println("===============");
        writer.flush();
        filterConfig.getServletContext().log(sw.getBuffer().toString());
    }
}

生命週期解析

• 初始化： 容器首次載入過濾器調用 init()，範例中保存 FilterConfig 參考（雖未使用初始化資料，僅為示範）。
• 過濾： doFilter() 由容器調用，傳入請求、回應、鏈參考。過濾器處理請求，調用 chain.doFilter() 轉交下一資源，控制權返回時處理回應。
• 銷毀： 容器在垃圾回收前調用 destroy() 執行清理。

2. 配置 Servlet 過濾器

透過 web.xml 兩個 XML 標籤宣告：<filter> 定義名稱、實作類別、初始化參數；<filter-mapping> 將過濾器關聯至 Servlet 或 URL 模式。

<filter>
  <filter-name>Page Request Timer</filter-name>
  <filter-class>TimeTrackFilter</filter-class>
</filter>
<filter-mapping>
  <filter-name>Page Request Timer</filter-name>
  <servlet-name>Main Servlet</servlet-name>
</filter-mapping>
<servlet>
  <servlet-name>Main Servlet</servlet-name>
  <servlet-class>MainServlet</servlet-class>
</servlet>
<servlet-mapping>
  <servlet-name>Main Servlet</servlet-name>
  <url-pattern>/*</url-pattern>
</servlet-mapping>

上例宣告「Page Request Timer」過濾器映射到「Main Servlet」，並定義 Servlet 映射將所有請求（通配符）發送給該 Servlet。此為控制器組件典型映射。注意宣告順序不可顛倒。

3. 部署 Servlet 過濾器

部署極簡單：將過濾器類別與其他 Web 組件類別打包，連同 web.xml（含過濾器定義與映射）置於 Web 應用結構中，Servlet 容器處理其餘一切。

過濾器的多樣應用場景

過濾器應用僅受限於創意與設計能力。適用於裝飾器模式或攔截器模式的場合。常見應用包括：

• 稽核： 記錄所有請求的瀏覽器類型、時間、轉向 URL 等資訊。
• 效能： 解壓縮傳入內容、壓縮回應內容再發送客戶端。
• 安全： 管理認證令牌、限制安全資源存取、提示認證或導向第三方認證、管理存取控制列表（ACL）提供授權。將安全邏輯置於過濾器而非 Servlet/JSP，提供極大彈性：開發時可關閉（註解 web.xml），生產環境啟用；可疊加多過濾器提升安全等級。
• 會話處理： 避免 Servlet/JSP 混雜會話代碼，讓頁面專注內容顯示與委託處理。
• XSLT 轉換： 在 XML 語法間轉換，無需嵌入應用邏輯，對行動客戶端或 XML Web Services 極有價值。

過濾器在 MVC 架構中的定位

模型-視圖-控制器（MVC）架構已整合進 Jakarta Struts、Turbine 等主流 Web 框架。過濾器旨在擴充 MVC 的請求/回應處理流。無論請求/回應發生在客戶端-伺服器間或伺服器組件間，過濾器在處理流中的應用一致。從 MVC 觀點，調度器組件（包含於控制器或與其協作）將請求轉發給適當應用組件處理，使控制器層成為放置 Servlet 過濾器的最佳位置。過濾器置於控制器前可應用於所有請求；置於控制器/調度器與模型/視圖間可針對單一 Web 組件。

結語

雖然過濾器出現僅數年，已成為所有敏捷、面向物件 J2EE Web 應用的關鍵組件。本文介紹了過濾器的高階設計、2.4 與 2.3 規範比較、精確實作步驟、宣告與部署方式、常見應用，以及如何融入傳統 MVC 架構。

這是 J2EE 探索者系列的最後一篇。我們從 Enterprise JavaBean 組件開始，轉向 Web 層，涵蓋 Servlet、JSP、JavaBean 及 Servlet API 無數選擇。與您共同探索是件樂事，感謝參與，祝好運、探索愉快！