Java实战：Spring Boot 通过Filter 实现 Gzip 压缩超大 JSON 对象

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本文将详细介绍如何使用 Spring Boot 集成 Filter，实现 Gzip 压缩超大 JSON 对象。我们将深入探讨 Gzip 压缩的原理，以及如何利用 Java 的 GZIPInputStream 和 GZIPOutputStream 类实现 JSON 对象的压缩和解压缩。

1. 引言

在当今的互联网时代，数据传输的速度和效率对于应用程序的性能至关重要。对于后端服务来说，处理和传输大量的数据是常见的需求。为了提高数据传输的效率，减少网络带宽的消耗，通常会对数据进行压缩。Gzip 是一种广泛使用的压缩算法，可以有效地压缩 JSON 对象，减少数据传输的大小。
Spring Boot 是一个基于 Spring 框架的微服务开发框架，它提供了许多开箱即用的功能和简化配置的机制。在 Spring Boot 应用程序中，我们可以通过集成 Filter 来实现 Gzip 压缩超大 JSON 对象的功能。

2. Gzip 压缩原理

Gzip 是一种基于 Deflate 压缩算法的文件格式，通常用于压缩文件和传输数据。Gzip 压缩的过程包括以下几个步骤：

将原始数据分割成小块
对每个数据块进行压缩
将压缩后的数据块组合起来，生成压缩文件
在 Java 中，我们可以使用 GZIPInputStream 和 GZIPOutputStream 类来实现 Gzip 压缩和解压缩。GZIPInputStream 类用于读取压缩后的数据，而 GZIPOutputStream 类用于写入压缩数据。

3. Spring Boot 集成 Filter

在 Spring Boot 应用程序中，我们可以通过集成 Filter 来实现 Gzip 压缩超大 JSON 对象的功能。首先，我们需要创建一个自定义的 Filter 类，用于实现 Gzip 压缩和解压缩的逻辑。
3.1 创建自定义 Filter 类
创建一个名为 GzipFilter 的自定义 Filter 类，用于实现 Gzip 压缩和解压缩的逻辑：

import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.util.zip.GZIPInputStream;
import java.util.zip.GZIPOutputStream;
public class GzipFilter implements Filter {
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)
            throws IOException, ServletException {
        HttpServletRequest httpRequest = (HttpServletRequest) request;
        HttpServletResponse httpResponse = (HttpServletResponse) response;
        // 检查请求是否包含 "gzip" 编码
        String encoding = httpRequest.getHeader("Accept-Encoding");
        if (encoding != null && encoding.contains("gzip")) {
            httpResponse.setHeader("Content-Encoding", "gzip");
            GZIPResponseWrapper gzipResponse = new GZIPResponseWrapper(httpResponse);
            chain.doFilter(request, gzipResponse);
            gzipResponse.finishResponse();
        } else {
            chain.doFilter(request, response);
        }
    }
    @Override
    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
    }
    @Override
    public void destroy() {
    }
}

3.2 创建 GZIPResponseWrapper 类
创建一个名为 GZIPResponseWrapper 的类，用于包装 HttpServletResponse 对象，实现 Gzip 压缩：

import javax.servlet.ServletOutputStream;
import javax.servlet.WriteListener;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import javax.servlet.http.HttpServletResponseWrapper;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
public class GZIPResponseWrapper extends HttpServletResponseWrapper {
    private ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
    private GZIPOutputStream gzipOutputStream;
    private ServletOutputStream servletOutputStream;
    private PrintWriter printWriter;
    public GZIPResponseWrapper(HttpServletResponse response) throws IOException {
        super(response);
        gzipOutputStream = new GZIPOutputStream(byteArrayOutputStream);
    }
    @Override
    public ServletOutputStream getOutputStream() throws IOException {
        if (printWriter != null) {
            throw new IllegalStateException("getWriter() has already been called on this response.");
        }
        if (servletOutputStream == null) {
            servletOutputStream = new GZIPServletOutputStream(gzipOutputStream);
        }
        return servletOutputStream;
    }
    @Override
    public PrintWriter getWriter() throws IOException {
        if (servletOutputStream != null) {
            throw new IllegalStateException("getOutputStream() has already been called on this response.");
        }
        if (printWriter == null) {
            printWriter = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(gzipOutputStream, getCharacterEncoding()));
        }
        return printWriter;
    }
    @Override
    public void flushBuffer() throws IOException {
        if (printWriter != null) {
            printWriter.flush();
        } else{
            servletOutputStream.flush();
        }
    }
    @Override
    public void setContentLength(int len) {
        // GZIP 压缩后的内容长度是未知的，因此不设置内容长度
    }
    @Override
    public void setContentLengthLong(long len) {
        // GZIP 压缩后的内容长度是未知的，因此不设置内容长度
    }
    @Override
    public void setBufferSize(int size) {
        // GZIP 压缩后的内容长度是未知的，因此不设置缓冲区大小
    }
    @Override
    public void flush() throws IOException {
        flushBuffer();
    }
    public void finishResponse() throws IOException {
        // 确保所有的响应内容都已经被写入 GZIP 输出流
        if (printWriter != null) {
            printWriter.close();
        } else if (servletOutputStream != null) {
            servletOutputStream.close();
        }
        // 将 GZIP 输出流的内容写入实际的响应输出流
        gzipOutputStream.finish();
        byte[] compressedData = byteArrayOutputStream.toByteArray();
        ServletOutputStream responseOutputStream = getResponse().getOutputStream();
        responseOutputStream.write(compressedData);
        responseOutputStream.flush();
        responseOutputStream.close();
    }
}

3.3 创建 GZIPServletOutputStream 类
创建一个名为 GZIPServletOutputStream 的类，用于包装 GZIPOutputStream 对象，实现 ServletOutputStream 接口：

import javax.servlet.ServletOutputStream;
import javax.servlet.WriteListener;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
public class GZIPServletOutputStream extends ServletOutputStream {
    private OutputStream outputStream;
    public GZIPServletOutputStream(OutputStream outputStream) {
        this.outputStream = outputStream;
    }
    @Override
    public boolean isReady() {
        return true;
    }
    @Override
    public void setWriteListener(WriteListener writeListener) {
    }
    @Override
    public void write(int b) throws IOException {
        outputStream.write(b);
    }
    @Override
    public void write(byte[] b) throws IOException {
        outputStream.write(b);
    }
    @Override
    public void write(byte[] b, int off, int len) throws IOException {
        outputStream.write(b, off, len);
    }
    @Override
    public void flush() throws IOException {
        outputStream.flush();
    }
    @Override
    public void close() throws IOException {
        outputStream.close();
    }
}

4. 注册自定义 Filter

在 Spring Boot 应用程序中，我们需要将自定义的 GzipFilter 注册为一个 Bean，以便 Spring Boot 可以自动配置和启用它：

import org.springframework.boot.web.servlet.FilterRegistrationBean;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
public class GzipFilterConfig {
    @Bean
    public FilterRegistrationBean<GzipFilter> gzipFilter() {
        FilterRegistrationBean<GzipFilter> registrationBean = new FilterRegistrationBean<>();
        registrationBean.setFilter(new GzipFilter());
        registrationBean.addUrlPatterns("/api/*");
        return registrationBean;
    }
}

5. 总结

本文详细介绍了如何使用 Spring Boot 集成 Filter，实现 Gzip 压缩超大 JSON 对象。我们首先探讨了 Gzip 压缩的原理，然后通过创建自定义 Filter 类和相关的辅助类，实现了 JSON 对象的压缩和解压缩。最后，我们通过注册自定义 Filter，将 Gzip 压缩功能集成到 Spring Boot 应用程序中。请注意，实际部署时，我们可能需要根据实际情况调整 Filter 的注册和配置，以及处理可能出现的异常情况。此外，对于生产环境，我们可能还需要考虑更多的错误处理和资源管理策略，例如优化 Filter 的性能和资源使用。最后，如果您对 Spring Boot + Filter 实现 Gzip 压缩或其他相关主题有更多的问题，欢迎在评论区留言讨论。