深入理解 Spring Boot 嵌入式 Web 容器：从原理到性能调优

前言

Spring Boot 的一大核心优势，是其对 嵌入式 Web 容器（Embedded Web Server） 的原生支持。开发者无需将应用打包成 WAR 文件并部署到外部 Tomcat、Jetty 等服务器，只需一个简单的 main 方法，即可启动一个完整的 Web 应用。

本文将深入剖析 Spring Boot 嵌入式 Web 容器的设计原理、支持的容器类型、自动配置机制、性能调优策略，并结合源码与实战案例，帮助开发者全面掌握这一关键技术，提升微服务架构下的部署效率与运维能力。

文章目录

- 前言
- [1. 引言：什么是嵌入式 Web 容器？](#1. 引言：什么是嵌入式 Web 容器？)
- [2. 支持的嵌入式容器类型](#2. 支持的嵌入式容器类型)
- - 如何切换容器？
  - - [示例：切换为 Jetty](#示例：切换为 Jetty)
    - [切换为 Undertow](#切换为 Undertow)
- [3. 嵌入式容器的工作原理](#3. 嵌入式容器的工作原理)
- - [3.1 启动流程概览](#3.1 启动流程概览)
  - [3.2 关键接口：`WebServer`](#3.2 关键接口：WebServer)
  - [3.3 自动配置机制](#3.3 自动配置机制)
- [4. 核心组件解析](#4. 核心组件解析)
- - [4.1 `ServletWebServerFactory`](#4.1 ServletWebServerFactory)
  - [4.2 容器定制化](#4.2 容器定制化)
  - - 方式一：配置文件（application.yml）
    - 方式二：编程方式（推荐复杂场景）
- [5. 性能调优建议](#5. 性能调优建议)
- - [5.1 Tomcat 调优参数](#5.1 Tomcat 调优参数)
  - [5.2 Undertow 调优建议](#5.2 Undertow 调优建议)
  - [5.3 通用优化策略](#5.3 通用优化策略)
- [6. 实战：构建高性能 REST API 服务](#6. 实战：构建高性能 REST API 服务)
- - 场景：一个高并发用户查询接口
  - - [步骤 1：选择 Undertow 容器](#步骤 1：选择 Undertow 容器)
    - [步骤 2：配置优化](#步骤 2：配置优化)
    - [步骤 3：启用异步处理](#步骤 3：启用异步处理)
- [7. 与传统部署模式的对比](#7. 与传统部署模式的对比)
- [8. 注意事项与最佳实践](#8. 注意事项与最佳实践)
- - [✅ 推荐做法](#✅ 推荐做法)
  - [❌ 避免陷阱](#❌ 避免陷阱)
- [9. 总结](#9. 总结)

1. 引言：什么是嵌入式 Web 容器？

在传统 Java Web 开发中，典型的部署流程如下：

复制代码

编写代码 → 打包为 WAR → 部署到 Tomcat/JBoss/WebLogic → 启动服务器

这种方式存在诸多弊端：

部署复杂，依赖外部环境
版本冲突风险高
微服务场景下难以独立部署和扩展

而 Spring Boot 提出了一种全新的模式：嵌入式 Web 容器。

定义：

嵌入式 Web 容器是指将 Web 服务器（如 Tomcat、Jetty、Undertow）直接打包进应用内部，作为应用的一部分运行，无需外部独立部署。

典型启动方式：

java 复制代码

@SpringBootApplication
public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}

执行后，控制台输出：

复制代码

Tomcat started on port(s): 8080 (http)
Started Application in 3.2 seconds

一个内嵌的 Tomcat 服务器已随应用一同启动。

2. 支持的嵌入式容器类型

Spring Boot 官方支持三种主流嵌入式 Web 容器：

容器	说明
Tomcat	默认容器，由 Apache 提供，功能全面，社区活跃
Jetty	Eclipse 维护，轻量高效，适合高并发、低延迟场景
Undertow	Red Hat 开发，基于 NIO，性能优异，内存占用低

如何切换容器？

通过 Maven/Gradle 排除默认容器并引入新容器即可。

示例：切换为 Jetty

xml 复制代码

<dependencies>
    <!-- 排除默认 Tomcat -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        <exclusions>
            <exclusion>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
            </exclusion>
        </exclusions>
    </dependency>

    <!-- 引入 Jetty -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-jetty</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

切换为 Undertow

xml 复制代码

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-undertow</artifactId>
</dependency>

提示：选择依据：

通用场景：Tomcat（默认）

高并发短连接：Undertow 或 Jetty

WebSocket 频繁使用：Jetty

3. 嵌入式容器的工作原理

3.1 启动流程概览

SpringApplication.run() 被调用
创建 ApplicationContext
触发 ApplicationContextInitializer
调用 onRefresh() 方法
创建并初始化 WebServer
启动容器并监听端口
发布 ApplicationReadyEvent

3.2 关键接口：`WebServer`

Spring Boot 抽象了 WebServer 接口，屏蔽不同容器的差异：

java 复制代码

public interface WebServer {
    void start();
    void stop();
    int getPort();
}

具体实现类包括：

TomcatWebServer
JettyWebServer
UndertowWebServer

3.3 自动配置机制

Spring Boot 通过条件化配置自动创建 Web 容器。

以 Tomcat 为例：

java 复制代码

@Configuration(proxyBeanMethods = false)
@ConditionalOnClass({ Servlet.class, Tomcat.class, UpgradeProtocol.class })
@ConditionalOnMissingBean(value = ServletWebServerFactory.class, search = SearchStrategy.CURRENT)
static class EmbeddedTomcat {
    @Bean
    TomcatServletWebServerFactory tomcatServletWebServerFactory() {
        return new TomcatServletWebServerFactory();
    }
}

@ConditionalOnClass：确保 Tomcat 类在类路径中
@ConditionalOnMissingBean：避免重复创建
TomcatServletWebServerFactory：负责创建 TomcatWebServer 实例

4. 核心组件解析

4.1 `ServletWebServerFactory`

该工厂接口负责创建具体的 WebServer 实例。

java 复制代码

public interface ServletWebServerFactory {
    WebServer getWebServer(ServletContextInitializer... initializers);
}

ServletContextInitializer 用于注册 Servlet、Filter、Listener。

4.2 容器定制化

可通过配置文件或编程方式定制容器行为。

方式一：配置文件（application.yml）

yaml 复制代码

server:
  port: 8081
  servlet:
    context-path: /api
  tomcat:
    max-connections: 8192
    max-threads: 200
    min-spare-threads: 10
    uri-encoding: UTF-8
  undertow:
    io-threads: 4
    worker-threads: 200
    buffer-size: 1024
    direct-buffers: true

方式二：编程方式（推荐复杂场景）

java 复制代码

@Component
public class WebServerCustomizer implements WebServerFactoryCustomizer<ConfigurableServletWebServerFactory> {

    @Override
    public void customize(ConfigurableServletWebServerFactory factory) {
        factory.setPort(9090);
        factory.setContextPath("/app");

        // Tomcat 特定配置
        if (factory instanceof TomcatServletWebServerFactory) {
            ((TomcatServletWebServerFactory) factory)
                .addConnectorCustomizers(connector -> {
                    connector.setProperty("relaxedQueryChars", "|{}[]");
                });
        }

        // Jetty 特定配置
        if (factory instanceof JettyServletWebServerFactory) {
            ((JettyServletWebServerFactory) factory)
                .addServerCustomizers(server -> {
                    server.addBean(new GzipHandler());
                });
        }
    }
}

5. 性能调优建议

5.1 Tomcat 调优参数

参数	建议值	说明
`max-threads`	200--400	最大工作线程数
`min-spare-threads`	50	最小空闲线程数
`accept-count`	100	请求等待队列长度
`max-connections`	8192	最大连接数
`connection-timeout`	20000ms	连接超时时间

5.2 Undertow 调优建议

启用直接缓冲区（direct-buffers: true）
合理设置 IO 线程数（通常等于 CPU 核心数）
Worker 线程池大小根据业务类型调整（CPU 密集型可设为核数+1，IO 密集型可更大）

5.3 通用优化策略

启用 GZIP 压缩
配置合理的 Keep-Alive
使用连接池（如 HikariCP）管理数据库连接
监控线程池状态（通过 Micrometer + Prometheus）

6. 实战：构建高性能 REST API 服务

场景：一个高并发用户查询接口

步骤 1：选择 Undertow 容器

xml 复制代码

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-undertow</artifactId>
</dependency>

步骤 2：配置优化

yaml 复制代码

server:
  port: 8080
  undertow:
    io-threads: 4
    worker-threads: 400
    direct-buffers: true
  compression:
    enabled: true
    mime-types: text/html,text/xml,text/plain,text/css,text/javascript,application/javascript,application/json

步骤 3：启用异步处理

java 复制代码

@RestController
public class UserController {

    @GetMapping("/users/{id}")
    public CompletableFuture<ResponseEntity<User>> getUser(@PathVariable Long id) {
        return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            User user = userService.findById(id);
            return ResponseEntity.ok(user);
        });
    }
}

异步处理可显著提升吞吐量，避免阻塞主线程。

7. 与传统部署模式的对比

对比项	传统 WAR 部署	嵌入式容器
部署方式	外部服务器部署 WAR	JAR 内运行
启动速度	较慢（需启动整个服务器）	极快（仅启动应用）
独立性	依赖外部环境	完全自包含
微服务友好度	差	极佳
资源占用	高（共享服务器）	可控（按需分配）
版本管理	复杂（容器与应用分离）	简单（一体化）

结论：嵌入式容器更适合云原生、微服务、容器化部署场景。

8. 注意事项与最佳实践

✅ 推荐做法

生产环境明确指定容器类型，避免依赖默认行为
合理配置线程池与连接数，避免资源耗尽
使用 WebServerFactoryCustomizer 进行复杂定制
监控容器指标（QPS、响应时间、线程状态）
在 Docker/Kubernetes 中优先使用嵌入式容器

❌ 避免陷阱

不要在嵌入式容器中部署多个应用（违背微服务理念）
避免过度调优，应基于压测数据
注意安全配置（如禁用不必要的 HTTP 方法）
日志路径应挂载到外部存储（Docker 场景）

9. 总结

Spring Boot 的嵌入式 Web 容器机制，通过 "应用即服务" 的设计理念，彻底改变了 Java Web 应用的开发与部署方式。

其核心优势包括：

简化部署：一键启动，无需外部依赖
快速迭代：启动速度快，适合开发调试
微服务友好：天然支持独立部署与弹性伸缩
灵活定制：支持多种容器，可深度配置
云原生适配：完美契合 Docker、Kubernetes 等现代基础设施

掌握嵌入式容器的原理与调优方法，是构建高性能、高可用 Spring Boot 应用的关键一步。

版权声明：本文为作者原创，转载请注明出处。

深入理解 Spring Boot 嵌入式 Web 容器：从原理到性能调优

前言

文章目录

1. 引言：什么是嵌入式 Web 容器？

2. 支持的嵌入式容器类型

如何切换容器？

示例：切换为 Jetty

切换为 Undertow

3. 嵌入式容器的工作原理

3.1 启动流程概览

3.2 关键接口：WebServer

3.3 自动配置机制

4. 核心组件解析

4.1 ServletWebServerFactory

4.2 容器定制化

方式一：配置文件（application.yml）

方式二：编程方式（推荐复杂场景）

5. 性能调优建议

5.1 Tomcat 调优参数

5.2 Undertow 调优建议

5.3 通用优化策略

6. 实战：构建高性能 REST API 服务

场景：一个高并发用户查询接口

步骤 1：选择 Undertow 容器

步骤 2：配置优化

步骤 3：启用异步处理

7. 与传统部署模式的对比

8. 注意事项与最佳实践

✅ 推荐做法

❌ 避免陷阱

9. 总结

3.2 关键接口：`WebServer`

4.1 `ServletWebServerFactory`