过滤器

背景与初衷
目标
过滤器的概述
过滤器的工作原理
过滤器的优势和劣势
- 优势
- 劣势
适用场景
过滤器的组成部分和关键点
常用的Spring Security过滤器
过滤器的配置与管理
- 基于Java配置
- 基于XML配置
定制化过滤器
- 继承GenericFilterBean
- 继承OncePerRequestFilter
详细示例
- 项目结构
- 代码实现
详细解读
过滤器最佳实践
总结

背景与初衷

在现代Web应用程序中，安全性是一个不可忽视的重要方面。Spring Security 作为一个强大且高度可定制的安全框架，被广泛应用于Spring应用程序中。在Spring Security的体系结构中，过滤器扮演了核心角色。它们在处理HTTP请求和响应的过程中起到了关键作用，可以实现认证、授权、日志记录、攻击防护等多种功能。

目标

本文旨在详细介绍Spring Security中的过滤器机制，包括其工作原理、常用过滤器、定制化过滤器的实现方法以及实际应用中的最佳实践。通过深入理解和掌握Spring Security中的过滤器，开发者可以构建出更加安全和灵活的Web应用程序。

过滤器的概述

在Spring Security中，过滤器是处理HTTP请求和响应的基本构建块。过滤器链（Filter Chain）由一系列按顺序排列的过滤器组成，每个过滤器都有特定的职责。常见的过滤器包括：

UsernamePasswordAuthenticationFilter
BasicAuthenticationFilter
CsrfFilter
ExceptionTranslationFilter
FilterSecurityInterceptor

这些过滤器共同协作，完成对HTTP请求的安全处理。

过滤器的工作原理

过滤器位于Web服务器和目标资源之间，对进出的HTTP请求和响应进行拦截和处理。每个过滤器按照特定的顺序依次执行，决定是否放行请求、如何处理响应等。过滤器链的顺序非常重要，因为前置过滤器可能会影响后续过滤器的执行。

过滤器的优势和劣势

优势

高度灵活：开发者可以根据需求定制过滤器，实现各种复杂的安全逻辑。
模块化设计：每个过滤器负责特定的功能，便于维护和扩展。
集中管理：所有的安全逻辑都集中在过滤器链中，方便统一管理。

劣势

顺序依赖：过滤器链的顺序必须严格控制，顺序错误可能导致安全漏洞。
性能开销：每个过滤器都会增加额外的处理时间，对于高并发应用可能会影响性能。
复杂性：对于初学者来说，理解和配置过滤器链可能比较复杂。

适用场景

过滤器适用于各种需要对HTTP请求和响应进行拦截和处理的场景，例如：

认证和授权：对用户请求进行认证和授权检查。
日志记录：记录请求和响应的详细信息，便于后续审计和分析。
安全防护：防止常见的攻击如XSS、CSRF、SQL注入等。
请求修改：对请求进行修改，如添加或删除请求头、参数等。

过滤器的组成部分和关键点

过滤器链：由一系列按顺序排列的过滤器组成，每个过滤器都有特定的职责。
过滤器配置：通过配置类或XML文件定义过滤器链的顺序和行为。
过滤器实现：实现具体的过滤器逻辑，可以继承Spring Security的GenericFilterBean或OncePerRequestFilter。

常用的Spring Security过滤器

UsernamePasswordAuthenticationFilter

UsernamePasswordAuthenticationFilter 用于处理基于用户名和密码的认证请求。它通常在用户登录时被触发，负责验证用户的凭证。

示例代码：

public class CustomUsernamePasswordAuthenticationFilter extends UsernamePasswordAuthenticationFilter {
    @Override
    public Authentication attemptAuthentication(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        String username = request.getParameter("username");
        String password = request.getParameter("password");
        UsernamePasswordAuthenticationToken authRequest = new UsernamePasswordAuthenticationToken(username, password);
        return this.getAuthenticationManager().authenticate(authRequest);
    }
}

BasicAuthenticationFilter

BasicAuthenticationFilter 用于处理HTTP Basic认证请求。它通过HTTP头部的Authorization字段来传递用户凭证。

示例代码：

public class CustomBasicAuthenticationFilter extends BasicAuthenticationFilter {
    public CustomBasicAuthenticationFilter(AuthenticationManager authenticationManager) {
        super(authenticationManager);
    }
    @Override
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain chain)
            throws IOException, ServletException {
        String header = request.getHeader("Authorization");
        if (header != null && header.startsWith("Basic ")) {
            String[] tokens = extractAndDecodeHeader(header, request);
            assert tokens.length == 2;
            String username = tokens[0];
            String password = tokens[1];
            UsernamePasswordAuthenticationToken authRequest = new UsernamePasswordAuthenticationToken(username, password);
            Authentication authResult = this.getAuthenticationManager().authenticate(authRequest);
            SecurityContextHolder.getContext().setAuthentication(authResult);
        }
        chain.doFilter(request, response);
    }
}

CsrfFilter

CsrfFilter 用于防止跨站请求伪造（CSRF）攻击。它通过生成和验证CSRF令牌来保护应用程序。

示例代码：

public class CustomCsrfFilter extends CsrfFilter {
    public CustomCsrfFilter(CsrfTokenRepository csrfTokenRepository) {
        super(csrfTokenRepository);
    }
    @Override
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)
            throws ServletException, IOException {
        CsrfToken csrfToken = (CsrfToken) request.getAttribute(CsrfToken.class.getName());
        if (csrfToken != null) {
            String actualToken = csrfToken.getToken();
            response.setHeader("X-CSRF-TOKEN", actualToken);
        }
        filterChain.doFilter(request, response);
    }
}

ExceptionTranslationFilter

ExceptionTranslationFilter 用于处理过滤器链中抛出的安全异常。它负责将异常转换为适当的HTTP响应码或重定向到错误页面。

示例代码：

public class CustomExceptionTranslationFilter extends ExceptionTranslationFilter {
    public CustomExceptionTranslationFilter(AuthenticationEntryPoint authenticationEntryPoint) {
        super(authenticationEntryPoint);
    }
    @Override
    protected void handleSpringSecurityException(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response,
                                                 FilterChain chain, AuthenticationException exception) throws IOException, ServletException {
        // 自定义异常处理逻辑
        response.sendError(HttpServletResponse.SC_UNAUTHORIZED, "Unauthorized");
    }
}

FilterSecurityInterceptor

FilterSecurityInterceptor 是过滤器链中的最后一个过滤器，用于执行最终的授权检查。它根据配置的访问决策管理器（AccessDecisionManager）和投票器（Voter）来决定是否允许访问请求的资源。

示例代码：

public class CustomFilterSecurityInterceptor extends FilterSecurityInterceptor {
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)
            throws IOException, ServletException {
        FilterInvocation fi = new FilterInvocation(request, response, chain);
        this.invoke(fi);
    }
    @Override
    public void invoke(FilterInvocation fi) throws IOException, ServletException {
        InterceptorStatusToken token = super.beforeInvocation(fi);
        try {
            fi.getChain().doFilter(fi.getRequest(), fi.getResponse());
        } finally {
            super.afterInvocation(token, null);
        }
    }
}

过滤器的配置与管理

基于Java配置

通过继承WebSecurityConfigurerAdapter并重写configure(HttpSecurity http)方法来配置过滤器链。

示例代码：

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Autowired
    private CustomUsernamePasswordAuthenticationFilter customUsernamePasswordAuthenticationFilter;
    @Autowired
    private CustomBasicAuthenticationFilter customBasicAuthenticationFilter;
    @Autowired
    private CustomCsrfFilter customCsrfFilter;
    @Autowired
    private CustomExceptionTranslationFilter customExceptionTranslationFilter;
    @Autowired
    private CustomFilterSecurityInterceptor customFilterSecurityInterceptor;
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .addFilterBefore(customUsernamePasswordAuthenticationFilter, UsernamePasswordAuthenticationFilter.class)
            .addFilterBefore(customBasicAuthenticationFilter, BasicAuthenticationFilter.class)
            .addFilterBefore(customCsrfFilter, CsrfFilter.class)
            .addFilterBefore(customExceptionTranslationFilter, ExceptionTranslationFilter.class)
            .addFilterBefore(customFilterSecurityInterceptor, FilterSecurityInterceptor.class)
            .authorizeRequests()
            .anyRequest().authenticated()
            .and()
            .formLogin().permitAll()
            .and()
            .logout().permitAll();
    }
}

基于XML配置

通过XML文件配置过滤器链。

示例代码：

<beans:beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/security"
             xmlns:beans="http://www.springframework.org/schema/beans"
             xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
             xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/security
                                 http://www.springframework.org/schema/security/spring-security.xsd
                                 http://www.springframework.org/schema/beans
                                 http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
    <http>
        <custom-filter before="FORM_LOGIN_FILTER"
 ref="customUsernamePasswordAuthenticationFilter"/>
        <custom-filter before="BASIC_AUTH_FILTER" ref="customBasicAuthenticationFilter"/>
        <custom-filter before="CSRF_FILTER" ref="customCsrfFilter"/>
        <custom-filter before="EXCEPTION_TRANSLATION_FILTER" ref="customExceptionTranslationFilter"/>
        <custom-filter before="FILTER_SECURITY_INTERCEPTOR" ref="customFilterSecurityInterceptor"/>
        <intercept-url pattern="/**" access="authenticated"/>
        <form-login/>
        <logout/>
    </http>
    <beans:bean id="customUsernamePasswordAuthenticationFilter" class="com.example.security.CustomUsernamePasswordAuthenticationFilter"/>
    <beans:bean id="customBasicAuthenticationFilter" class="com.example.security.CustomBasicAuthenticationFilter"/>
    <beans:bean id="customCsrfFilter" class="com.example.security.CustomCsrfFilter"/>
    <beans:bean id="customExceptionTranslationFilter" class="com.example.security.CustomExceptionTranslationFilter"/>
    <beans:bean id="customFilterSecurityInterceptor" class="com.example.security.CustomFilterSecurityInterceptor"/>
</beans:beans>

定制化过滤器

继承`GenericFilterBean`

GenericFilterBean 是Spring Security提供的一个简单的过滤器基类，开发者可以继承它来实现自定义的过滤器逻辑。

示例代码：

public class CustomFilter extends GenericFilterBean {
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)
            throws IOException, ServletException {
        // 自定义过滤逻辑
        HttpServletRequest httpRequest = (HttpServletRequest) request;
        HttpServletResponse httpResponse = (HttpServletResponse) response;
        String header = httpRequest.getHeader("X-Custom-Header");
        if ("custom-value".equals(header)) {
            chain.doFilter(request, response);
        } else {
            httpResponse.sendError(HttpServletResponse.SC_FORBIDDEN, "Forbidden");
        }
    }
}

继承`OncePerRequestFilter`

OncePerRequestFilter 是Spring Security提供的另一个过滤器基类，确保过滤器每个请求只执行一次。

示例代码：

public class CustomOncePerRequestFilter extends OncePerRequestFilter {
    @Override
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)
            throws ServletException, IOException {
        // 自定义过滤逻辑
        String header = request.getHeader("X-Custom-Header");
        if ("custom-value".equals(header)) {
            filterChain.doFilter(request, response);
        } else {
            response.sendError(HttpServletResponse.SC_FORBIDDEN, "Forbidden");
        }
    }
}

详细示例

为了更好地理解Spring Security中的过滤器，我们将构建一个详细的示例应用程序，该应用程序包括多个自定义过滤器，展示如何在实际项目中使用这些过滤器。

项目结构

项目的结构如下：

secure-webapp
├── src
│   ├── main
│   │   ├── java
│   │   │   ├── com
│   │   │   │   ├── example
│   │   │   │   │   ├── SecureWebApplication.java
│   │   │   │   │   ├── config
│   │   │   │   │   │   └── SecurityConfig.java
│   │   │   │   │   ├── controller
│   │   │   │   │   │   └── WebController.java
│   │   │   │   │   ├── filter
│   │   │   │   │   │   └── CustomFilter.java
│   │   │   │   │   │   └── CustomOncePerRequestFilter.java
│   │   ├── resources
│   │   │   └── application.properties
│   └── test
│       └── java
│           └── com
│               └── example
│                   └── SecureWebApplicationTests.java

代码实现

SecureWebApplication.java

package com.example;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
@SpringBootApplication
public class SecureWebApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SecureWebApplication.class, args);
    }
}

SecurityConfig.java

package com.example.config;
import com.example.filter.CustomFilter;
import com.example.filter.CustomOncePerRequestFilter;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.EnableWebSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;
import org.springframework.security.web.authentication.UsernamePasswordAuthenticationFilter;
@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Bean
    public CustomFilter customFilter() {
        return new CustomFilter();
    }
    @Bean
    public CustomOncePerRequestFilter customOncePerRequestFilter() {
        return new CustomOncePerRequestFilter();
    }
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .addFilterBefore(customFilter(), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class)
            .addFilterBefore(customOncePerRequestFilter(), UsernamePasswordAuthenticationFilter.class)
            .authorizeRequests()
            .anyRequest().authenticated()
            .and()
            .formLogin().permitAll()
            .and()
            .logout().permitAll();
    }
}

CustomFilter.java

package com.example.filter;
import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.ServletRequest;
import javax.servlet.ServletResponse;
import java.io.IOException;
import org.springframework.web.filter.GenericFilterBean;
public class CustomFilter extends GenericFilterBean {
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)
            throws IOException, ServletException {
        // 自定义过滤逻辑
        chain.doFilter(request, response);
    }
}

CustomOncePerRequestFilter.java

package com.example.filter;
import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;
import org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter;
public class CustomOncePerRequestFilter extends OncePerRequestFilter {
    @Override
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)
            throws ServletException, IOException {
        // 自定义过滤逻辑
        filterChain.doFilter(request, response);
    }
}

WebController.java

package com.example.controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RestController
public class WebController {
    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "Hello, World!";
    }
}

application.properties

spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/secure_webapp
spring.datasource.username=root
spring.datasource.password=root
spring.jpa.hibernate.ddl-auto=update

详细解读

在这个示例中，我们创建了一个简单的Web应用程序，并添加了两个自定义过滤器：CustomFilter 和 CustomOncePerRequestFilter。这两个过滤器分别继承了GenericFilterBean和OncePerRequestFilter，展示了如何通过继承不同的基类来实现自定义的过滤逻辑。

CustomFilter 继承了GenericFilterBean，它的doFilter方法会在每个请求中执行。我们可以在这个方法中添加自定义的过滤逻辑，如请求日志记录、请求参数校验等。

CustomOncePerRequestFilter 继承了OncePerRequestFilter，它确保过滤器逻辑在每个请求中只执行一次。我们可以在doFilterInternal方法中添加自定义的过滤逻辑，如CSRF防护、用户认证等。

在SecurityConfig类中，我们通过addFilterBefore方法将这两个自定义过滤器添加到过滤器链中。通过指定过滤器的位置，我们可以控制它们的执行顺序。

过滤器最佳实践

保持过滤器的单一职责：每个过滤器应只负责一种特定的功能，这样可以提高代码的可读性和可维护性。
控制过滤器的执行顺序：正确配置过滤器链的顺序，确保前置过滤器不会影响后续过滤器的执行。
避免过度使用过滤器：过滤器过多会增加系统的复杂性和性能开销，只在必要时使用过滤器。
充分利用Spring Security提供的过滤器：Spring Security已经提供了大量常用的过滤器，尽量复用这些过滤器而不是重新实现相同功能。
定期审查和优化过滤器链：随着业务需求的变化，定期审查和优化过滤器链，确保过滤器链的有效性和性能。

总结

通过本文，我们详细介绍了Spring Security中的过滤器机制，包括其工作原理、常用过滤器、定制化过滤器的实现方法以及实际应用中的最佳实践。过滤器是Spring Security中的核心组件，它们通过拦截和处理HTTP请求和响应，提供了高度灵活和可定

制的安全解决方案。

在实际项目中，开发者可以根据具体的业务需求和安全要求，灵活配置和使用Spring Security中的过滤器，从而构建出更加安全和高效的Web应用程序。通过遵循最佳实践，可以有效提高过滤器链的可维护性和性能，确保应用程序在复杂的场景下仍能保持高水平的安全性。

背景与初衷

目标

过滤器的概述

过滤器的工作原理

过滤器的优势和劣势

优势

劣势

适用场景

过滤器的组成部分和关键点

常用的Spring Security过滤器

UsernamePasswordAuthenticationFilter

BasicAuthenticationFilter

CsrfFilter

ExceptionTranslationFilter

FilterSecurityInterceptor

过滤器的配置与管理

基于Java配置

基于XML配置

定制化过滤器

继承GenericFilterBean

继承OncePerRequestFilter

详细示例

项目结构

代码实现

详细解读

过滤器最佳实践

总结

继承`GenericFilterBean`

继承`OncePerRequestFilter`