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Shiro权限管理框架（五）：自定义Filter实现及其问题排查记录

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明确需求

在使用Shiro的时候，鉴权失败一般都是返回一个错误页或者登录页给前端，特别是后台系统，这种模式用的特别多。但是现在的项目越来越多的趋向于使用前后端分离的方式开发，这时候就需要响应Json数据给前端了，前端再根据状态码做相应的操作。那么Shiro框架能不能在鉴权失败的时候直接返回Json数据呢？答案当然是可以。

其实Shiro的自定义过滤器功能特别强大，可以实现很多实用的功能，向前端返回Json数据自然不在话下。通常我们没有去关注它是因为Shiro内置的一下过滤器功能已经比较全了，后台系统的权限控制基本上只需要使用Shiro内置的一些过滤器就能实现了，此处再次贴上这个图。

相关文档地址：http://shiro.apache.org/web.html#default-filters

我最近的一个项目是需要为手机APP提供功能接口，需要做用户登录，Session持久化以及Session共享，但不需要细粒度的权限控制。面对这个需求我第一个想到的就是集成Shiro了，Session的持久化及共享在Shiro系列第二篇已经讲过了，那么这篇顺便用一下Shiro中的自定义过滤器。因为不需要提供细粒度权限控制，只需要做登录鉴权，而且鉴权失败后需要向前端响应Json数据，那么使用自定义Filter再好不过了。

自定义Filter

还是以第一篇的Demo为例，项目地址在文章尾部有放上，本篇在之前的代码上继续添加功能。

首发地址：https://www.guitu18.com/post/2020/01/06/64.html

在实现自定义Filter之前，我们先看看这个类：org.apache.shiro.web.filter.AccessControlFilter，点开它的子类，发现子类全部都是org.apache.shiro.web.filter.authc和org.apache.shiro.web.filter.authz这两个包下的，大多都继承了AccessControlFilter这个类。这些子类的类名是不是很眼熟，看上面那张我贴了三遍的图，大部分都在这里面呢。

看来AccessControlFilter这个类是跟Shiro权限过滤密切相关的，那么先看看它的体系结构：

它的顶级父类是javax.servlet.Filter，前面我们也说过，Shiro中所有的权限过滤都是基于Filter来实现的。自定义Filter同样需要实现AccessControlFilter，这里我们添加一个登录验证过滤器，代码如下：

public class AuthLoginFilter extends AccessControlFilter {
    // 未登录登陆返状态回码
    private int code;
    // 未登录登陆返提示信息
    private String message;
    public AuthLoginFilter(int code, String message) {
        this.code = code;
        this.message = message;
    }
    @Override
    protected boolean isAccessAllowed(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse,
                                      Object mappedValue) throws Exception {
        Subject subject = SecurityUtils.getSubject();
        // 这里配合APP需求我只需要做登录检测即可
        if (subject != null && subject.isAuthenticated()) {
            // TODO 登录检测通过，这里可以添加一些自定义操作
            return Boolean.TRUE;
        }
        // 登录检测失败返货False后会进入下面的onAccessDenied()方法
        return Boolean.FALSE;
    }
    @Override
    protected boolean onAccessDenied(ServletRequest servletRequest, 
                                     ServletResponse servletResponse) throws Exception {
        PrintWriter out = null;
        try {
            // 这里就很简单了，向Response中写入Json响应数据，需要声明ContentType及编码格式
            servletResponse.setCharacterEncoding("UTF-8");
            servletResponse.setContentType("application/json; charset=utf-8");
            out = servletResponse.getWriter();
            out.write(JSONObject.toJSONString(R.error(code, message)));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (out != null) {
                out.close();
            }
        }
        return Boolean.FALSE;
    }
}

自定义过滤器写好了，现在需要把它交给Shiro管理：

@Bean
public ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactoryBean(SecurityManager securityManager) {
    ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactoryBean = new ShiroFilterFactoryBean();
    shiroFilterFactoryBean.setSecurityManager(securityManager);
    // 添加登录过滤器
    Map<String, Filter> filters = new LinkedHashMap<>();
    // 这里注释的一行是我这次踩的一个小坑，我一开始按下面这么配置产生一个我意料之外的问题
    // filters.put("authLogin", authLoginFilter());
    // 正确的配置是需要我们自己new出来，不能将这个Filter交给Spring管理，后面会说明
    filters.put("authLogin", new AuthLoginFilter(500, "未登录或登录超时"));
    shiroFilterFactoryBean.setFilters(filters);
    // 设置过滤规则
    Map<String, String> filterMap = new LinkedHashMap<>();
    filterMap.put("/api/login", "anon");
    filterMap.put("/api/**", "authLogin");
    shiroFilterFactoryBean.setFilterChainDefinitionMap(filterMap);
    return shiroFilterFactoryBean;
}

如此Shiro添加自定义过滤器就完成了。自定义的Filter可以添加多个以实现不同的需求，你仅仅需要在filters中将过滤器起好名字put进去，并在filterChainMap中添加过滤器别名和路径的映射就可以使用这个过滤器了。需要注意的一点就是过滤器是从前往后顺序匹配的，所以要把范围大的路径放在后面put进去。

到这里自定义Filter功能已经实现了，后面是采坑排查记录，不感兴趣可以跳过。

问题排查

前半段介绍了如何使用Shiro的自定义Filter功能实现过滤，在Shiro配置代码中我提了一句这次配置踩的一个小坑，如果我们将自定义的Filter交给Spring管理，会产生一些意料之外的问题。确实，通常在Spring项目中做配置时，我们都默认将Bean交由Spring管理，一般不会有什么问题，但是这次不一样，先看代码如下：

public ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactoryBean(SecurityManager securityManager) {
    ...
    filters.put("authLogin", authLoginFilter());
    ...
    filterMap.put("/api/login", "anon");
    filterMap.put("/api/**", "authLogin");
    ...
}
@Bean
public AuthLoginFilter authLoginFilter() {
    return new AuthLoginFilter(500, "未登录或登录超时");
}

这样配置后造成的现象是：无论前面的过滤器是否放行，最终都会走到自定义的AuthLoginFilter过滤器。

比如上面的配置，我们访问/api/login正常来讲会被anon匹配到AnonymousFilter中，这里是什么都没做直接放行的，但是放行后还会继续走到AuthLoginFilter中，怎么会这样，说好的按顺序匹配呢，怎么不按套路出牌。

打断点一路往上追溯，我们找到了ApplicationFilterChain这里，它是Tomcat所实现的一个Java Servlet API的规范。所有的请求都必须通过filters里的过滤器层层过滤后才会调用Servlet中的方法service()方法。这里包括Spring中的各种过滤器，全部都是注册到这里来的。

前面的四个Filter都是Spring的，第五个是Shiro的ShiroFilterFactoryBean，它的内部也维护了一个filters，用来保存Shiro内置的一些过滤器和我们自定义的过滤器，Tomcat所维护的filters和Shiro维护的filters是一个父子层级的关系，Shiro中的ShiroFilterFactoryBean仅仅只是Tomcat里filters中的一员。点开看ShiroFilterFactoryBean查看，果然Shiro内置的一些过滤器全都按顺序排着呢，我们自定义的AuthLoginFilter在最后一个。

但是，再看看Tomcat中的第六个过滤器，居然也是我们自定义的AuthLoginFilter，它同时出现在Tomcat和Shiro的filters中，这样也就造成了前面提到的问题，Shiro在匹配到anon之后确实会将请求放行，但是在外层Tomcat的Filter中依旧被匹配上了，造成的现象好像是Shiro的Filter配置规则失效了，其实这个问题跟Shiro并没有关系。

问题的根源找到了，想要解决这个问题必须找到这个自定义的Filter何时被添加到Tomcat的过滤器执行链中以及其原因。

追根溯源

关于这个问题我找到了ServletContextInitializerBeans这个类中，它在Spring启动时就会初始化，在它的构造方法中做了很多初始化相关的操作。至于这一系列初始化流程就不得不提ServletContextInitializer相关知识点了，关于它的内容完全可以另开一片博客细说了。先看看ServletContextInitializerBeans的构造方法：

@SafeVarargs
public ServletContextInitializerBeans(ListableBeanFactory beanFactory,
        Class<? extends ServletContextInitializer>... initializerTypes) {
    this.initializers = new LinkedMultiValueMap<>();
    this.initializerTypes = (initializerTypes.length != 0) ? Arrays.asList(initializerTypes)
            : Collections.singletonList(ServletContextInitializer.class);
    // 上面提到的Filter正是在这个方法开始一步步被添加到ApplicationFilterChain中的
    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);
}

上面提到的ApplicationFilterChain中的Filter正是在addServletContextInitializerBeans(beanFactory)这个方法开始一步步被添加到Filters中的，限于篇幅这里就看一下关键步骤。

private void addServletContextInitializerBeans(ListableBeanFactory beanFactory) {
    for (Class<? extends ServletContextInitializer> initializerType : this.initializerTypes) {
        for (Entry<String, ? extends ServletContextInitializer> initializerBean : 
                // 这里根据type获取Bean列表并遍历
                getOrderedBeansOfType(beanFactory, initializerType)) {
            // 此处开始添加对应的ServletContextInitializer
            addServletContextInitializerBean(initializerBean.getKey(), initializerBean.getValue(), beanFactory);
        }
    }
}

addServletContextInitializerBeans(beanFactory)一路走下去会到达getOrderedBeansOfType()方法中，然后调用了beanFactory的getBeanNamesForType()，默认的实现在DefaultListableBeanFactory中，这里所贴前后删减掉了无关代码：

private String[] doGetBeanNamesForType(ResolvableType type, boolean includeNonSingletons, boolean allowEagerInit) {
    List<String> result = new ArrayList<>();
    // 检查所有的Bean
    for (String beanName : this.beanDefinitionNames) {
        // 当这个Bean名称没有定义为其他bean的别名时，才进行匹配
        if (!isAlias(beanName)) {
            RootBeanDefinition mbd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
            // 检查Bean的完整性，检测是否是抽象类，是否懒加载等等属性
            if (!mbd.isAbstract() && (allowEagerInit || (mbd.hasBeanClass() || !mbd.isLazyInit() || 
                    isAllowEagerClassLoading()) && !requiresEagerInitForType(mbd.getFactoryBeanName()))) {
                // 匹配的Bean是否是FactoryBean，对于FactoryBean，需要匹配它创建的对象
                boolean isFactoryBean = isFactoryBean(beanName, mbd);
                BeanDefinitionHolder dbd = mbd.getDecoratedDefinition();
                // 这里也是做完整性检查
                boolean matchFound = (allowEagerInit || !isFactoryBean || (dbd != null && !mbd.isLazyInit())
                    || containsSingleton(beanName)) && (includeNonSingletons || 
                    (dbd != null ? mbd.isSingleton() : isSingleton(beanName))) && isTypeMatch(beanName, type);
                if (!matchFound && isFactoryBean) {
                    // 对于FactoryBean，接下来尝试匹配FactoryBean实例本身
                    beanName = FACTORY_BEAN_PREFIX + beanName;
                    matchFound = (includeNonSingletons || mbd.isSingleton()) && isTypeMatch(beanName, type);
                }
                if (matchFound) {
                    result.add(beanName);
                }
            }
        }
    }
    return StringUtils.toStringArray(result);
}

到这里就是关键所在了，它会根据目标类型调用isTypeMatch(beanName, type)匹配每一个被Spring接管的Bean，isTypeMatch方法很长，这里就不贴了，有兴趣的可以自行去看看，它位于AbstractBeanFactory中。这里匹配的type就是ServletContextInitializerBeans遍历自构造方法中的initializerTypes列表。

从doGetBeanNamesForType出来后，再看这个方法：

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);
    }
}

前面两个配置过Filter和Servlet的应该很熟悉，Spring中添加自定义Filter经常这么用，添加Servlet同理：

@Bean
public FilterRegistrationBean xssFilterRegistration() {
    FilterRegistrationBean registration = new FilterRegistrationBean();
    registration.setDispatcherTypes(DispatcherType.REQUEST);
    registration.setFilter(new XxxFilter());
    registration.addUrlPatterns("/*");
    registration.setName("xxxFilter");
    return registration;
}

这样Spring就会将其添加到过滤器执行链中，当然这只是添加Filter的众多方式之一。

解决方案

那么问题的根源找到了，被Spring接管的Bean中所有的Filter都会被添加到ApplicationFilterChain，那我不让Spring接管我的AuthLoginFilter不就行了。如何做？配置的时候直接new出来，还记得前面的那两行代码吗：

// 这里注释的一行是我这次踩的一个小坑，我一开始按下面这么配置产生了一个我意料之外的问题
// filters.put("authLogin", authLoginFilter());
// 正确的配置是需要我们自己new出来，不能将这个Filter交给Spring管理
filters.put("authLogin", new AuthLoginFilter(500, "未登录或登录超时"));

OK，问题解决，就是这么简单。但就是这么小小的一个问题，在不清楚问题产生的原因的情况下，根本想不到是Spring接管Filter造成的，了解了底层，才能更好的排查问题。

尾巴

  • Shiro中自定义Filter仅需要继承AccessControlFilter类后实现参与过滤的两个方法，再将其配置到ShiroFilterFactoryBean中即可。
  • 需要注意的点是，因为Spring的初始化机制，我们自定义的Filter如果被Spring接管，那么会被Spring添加到ApplicationFilterChain中，导致这个自定义过滤器会被重复执行，也就是无论Shiro中的过滤器过滤结果如何，最后依旧会走到被添加到ApplicationFilterChain中的自定义过滤器。
  • 解决这个问题的方法非常简单，不让Spring接管我们的Filter，直接new出来配置到Shiro中即可。
  • 码海无涯，不进则退，日积跬步，以至千里。

Shiro系列博客项目源代码地址：

Gitee：https://gitee.com/guitu18/ShiroDemo

GitHub：https://github.com/guitu18/ShiroDemo

  • Shiro 权限管理框架（一）：Shiro 的基本使用
  • Shiro 权限管理框架（二）：Shiro 结合 Redis 实现分布式或集群环境下的 Session 共享
  • Shiro 权限管理框架（三）：Shiro 中权限过滤器的初始化流程和实现原理
  • Shiro 权限管理框架（四）：深入分析 Shiro 中的 Session 管理
  • Shiro 权限管理框架（五）：自定义 Filter 实现及其问题排查记录

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