前言

今天我們來(lái)聊聊一個(gè)很有意思的現(xiàn)象：為什么越來(lái)越多的大公司禁止SpringBoot項(xiàng)目使用默認(rèn)的Tomcat，而強(qiáng)制要求使用Undertow？

有些小伙伴在工作中可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)趨勢(shì)，但背后的原因你真的清楚嗎？

一、SpringBoot的默認(rèn)選擇與現(xiàn)狀

SpringBoot作為Java領(lǐng)域最流行的開(kāi)發(fā)框架，其默認(rèn)內(nèi)嵌的Web容器是Tomcat。

這讓我們很多開(kāi)發(fā)者養(yǎng)成了"開(kāi)箱即用"的習(xí)慣，但大公司卻在生產(chǎn)環(huán)境中紛紛轉(zhuǎn)向Undertow。

這背后到底隱藏著什么秘密？

從上圖可以看出，雖然Tomcat是默認(rèn)選擇，但Undertow在高性能場(chǎng)景下更具優(yōu)勢(shì)。

二、性能對(duì)比

2.1 內(nèi)存占用對(duì)比

讓我們先看一組實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)。在相同條件下部署SpringBoot應(yīng)用：

容器	啟動(dòng)內(nèi)存	堆內(nèi)存占用	非堆內(nèi)存占用	線程內(nèi)存
Tomcat	120MB	80MB	25MB	15MB
Undertow	85MB	60MB	15MB	10MB
優(yōu)化比例	-29%	-25%	-40%	-33%

從數(shù)據(jù)可以看出，Undertow在內(nèi)存占用方面有明顯優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于大規(guī)模部署的微服務(wù)架構(gòu)，這種內(nèi)存節(jié)省會(huì)累積成巨大的成本優(yōu)勢(shì)。

2.2 并發(fā)處理能力

在并發(fā)性能測(cè)試中，Undertow同樣表現(xiàn)優(yōu)異：

// 性能測(cè)試代碼示例
@SpringBootTest
class WebContainerPerformanceTest {
    
    @Test
    void testConcurrentPerformance() {
        // 模擬1000并發(fā)用戶持續(xù)請(qǐng)求30秒
        LoadTest loadTest = LoadTest.configure()
            .threads(1000)
            .duration(30, TimeUnit.SECONDS)
            .build();
            
        // Tomcat測(cè)試結(jié)果
        TomcatResult tomcatResult = loadTest.runWithTomcat();
        
        // Undertow測(cè)試結(jié)果  
        UndertowResult undertowResult = loadTest.runWithUndertow();
        
        // 結(jié)果對(duì)比
        System.out.println("QPS - Tomcat: " + tomcatResult.getQps());
        System.out.println("QPS - Undertow: " + undertowResult.getQps());
        System.out.println("平均響應(yīng)時(shí)間 - Tomcat: " + tomcatResult.getAvgResponseTime());
        System.out.println("平均響應(yīng)時(shí)間 - Undertow: " + undertowResult.getAvgResponseTime());
    }
}

典型測(cè)試結(jié)果：

• Tomcat：QPS 8500，平均響應(yīng)時(shí)間 15ms
• Undertow：QPS 12000，平均響應(yīng)時(shí)間 8ms

三、底層架構(gòu)差異

3.1 Tomcat的架構(gòu)設(shè)計(jì)

Tomcat采用傳統(tǒng)的BIO/NIO連接器架構(gòu)：

Tomcat的架構(gòu)相對(duì)重量級(jí)，每個(gè)層次都有明確的職責(zé)劃分，但也帶來(lái)了額外的開(kāi)銷(xiāo)。

3.2 Undertow的架構(gòu)設(shè)計(jì)

Undertow采用更加現(xiàn)代的XNIO基礎(chǔ)架構(gòu)：

Undertow的核心特點(diǎn)：

1. IO線程與工作線程分離：IO線程處理網(wǎng)絡(luò)IO，工作線程處理業(yè)務(wù)邏輯
2. 事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)：基于回調(diào)的事件處理機(jī)制
3. 零拷貝能力：支持直接緩沖區(qū)，減少內(nèi)存拷貝

四、內(nèi)存管理

4.1 直接內(nèi)存使用

Undertow在內(nèi)存管理上更加高效，大量使用直接內(nèi)存（Direct Buffer）：

// Undertow的內(nèi)存管理示例
public class UndertowMemoryManagement {
    
    // 使用直接緩沖區(qū)處理請(qǐng)求
    public void handleRequest(HttpServerExchange exchange) {
        // 獲取直接緩沖區(qū)
        ByteBuffer buffer = exchange.getConnection().getBufferPool().allocate();
        
        try {
            // 直接操作緩沖區(qū)，避免拷貝
            readRequestData(exchange, buffer);
            processRequest(buffer);
            writeResponse(exchange, buffer);
        } finally {
            // 釋放緩沖區(qū)
            exchange.getConnection().getBufferPool().free(buffer);
        }
    }
    
    // Tomcat通常需要多次內(nèi)存拷貝
    public void tomcatHandleRequest(Request request, Response response) {
        // 從輸入流讀取數(shù)據(jù)（內(nèi)存拷貝）
        byte[] inputData = readInputStream(request.getInputStream());
        
        // 處理數(shù)據(jù)（可能再次拷貝）
        byte[] outputData = processData(inputData);
        
        // 寫(xiě)入輸出流（又一次拷貝）
        response.getOutputStream().write(outputData);
    }
}

這種零拷貝的設(shè)計(jì)在大文件傳輸和高并發(fā)場(chǎng)景下優(yōu)勢(shì)明顯。

4.2 連接池優(yōu)化

Undertow的連接管理更加精細(xì)：

# Undertow配置示例
server:
  undertow:
    # 線程池配置
    threads:
      worker: 16
      io: 4
    # 緩沖區(qū)配置
    buffer-size: 1024
    direct-buffers: true
    # 連接配置
    max-connections: 10000
    max-http-post-size: 10485760

對(duì)比Tomcat的配置：

# Tomcat配置示例
server:
  tomcat:
    # 連接器配置
    max-connections: 10000
    max-threads: 200
    min-spare-threads: 10
    # 其他配置
    max-http-post-size: 10485760
    connection-timeout: 20000

五、并發(fā)模型

5.1 Undertow的XNIO架構(gòu)

Undertow基于JBoss的XNIO庫(kù)，采用更加現(xiàn)代的并發(fā)模型：

// XNIO工作線程模型示例
public class XNIOWorkerModel {
    
    public void demonstrateWorkerModel() {
        // 創(chuàng)建Worker實(shí)例
        XnioWorker worker = Xnio.getInstance().createWorker(
            OptionMap.create(Options.THREAD_DAEMON, true)
        );
        
        // IO線程處理網(wǎng)絡(luò)事件
        worker.getIoThread().execute(() -> {
            // 處理IO就緒事件
            handleIOReadyEvents();
        });
        
        // 工作線程處理業(yè)務(wù)邏輯
        worker.getWorkerThreadPool().execute(() -> {
            // 執(zhí)行業(yè)務(wù)處理
            executeBusinessLogic();
        });
    }
}

這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于：

1. IO線程專(zhuān)注網(wǎng)絡(luò)：不被業(yè)務(wù)邏輯阻塞
2. 工作線程池彈性：根據(jù)業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整
3. 事件驅(qū)動(dòng)高效：基于事件回調(diào)，減少線程切換

5.2 Tomcat的線程模型對(duì)比

Tomcat的傳統(tǒng)線程模型：

Tomcat的線程模型在極高并發(fā)下會(huì)出現(xiàn)：

• 大量的線程上下文切換開(kāi)銷(xiāo)
• 線程阻塞等待資源
• 內(nèi)存占用隨線程數(shù)線性增長(zhǎng)

六、配置靈活性

6.1 精細(xì)化配置能力

Undertow提供了極其細(xì)致的配置選項(xiàng)，滿足各種復(fù)雜場(chǎng)景：

@Configuration
public class UndertowConfig {
    
    @Bean
    public UndertowServletWebServerFactory undertowServletWebServerFactory() {
        UndertowServletWebServerFactory factory = new UndertowServletWebServerFactory();
        
        factory.addBuilderCustomizers(builder -> {
            // 配置HTTP/2
            builder.setServerOption(UndertowOptions.ENABLE_HTTP2, true);
            
            // 配置緩沖區(qū)
            builder.setSocketOption(Options.RECEIVE_BUFFER, 1024 * 16);
            builder.setSocketOption(Options.SEND_BUFFER, 1024 * 64);
            
            // 配置線程池
            builder.setIoThreads(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
            builder.setWorkerThreads(200);
            
            // 配置連接數(shù)限制
            builder.setServerOption(UndertowOptions.MAX_CONNECTIONS, 10000);
        });
        
        return factory;
    }
}

6.2 處理器鏈機(jī)制

Undertow的處理器鏈機(jī)制允許深度定制請(qǐng)求處理流程：

public class CustomHandler implements HttpHandler {
    
    private final HttpHandler next;
    
    public CustomHandler(HttpHandler next) {
        this.next = next;
    }
    
    @Override
    public void handleRequest(HttpServerExchange exchange) throws Exception {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        
        try {
            // 前置處理：認(rèn)證、日志等
            preHandle(exchange);
            
            // 調(diào)用下一個(gè)處理器
            next.handleRequest(exchange);
            
        } finally {
            // 后置處理：統(tǒng)計(jì)、清理等
            postHandle(exchange, startTime);
        }
    }
    
    private void preHandle(HttpServerExchange exchange) {
        // 認(rèn)證檢查
        if (!checkAuthentication(exchange)) {
            exchange.setStatusCode(401);
            exchange.endExchange();
            return;
        }
        
        // 請(qǐng)求日志記錄
        logRequest(exchange);
    }
}

這種靈活的處理器鏈機(jī)制讓Undertow在定制化需求面前游刃有余。

七、實(shí)戰(zhàn)案例

7.1 某電商平臺(tái)的容器遷移實(shí)踐

某大型電商平臺(tái)在高峰期面臨嚴(yán)重的性能瓶頸，遷移到Undertow后的效果：

遷移前（Tomcat）：

• 單機(jī)QPS：8000
• 平均響應(yīng)時(shí)間：25ms
• 內(nèi)存占用：2GB
• CPU使用率：85%

遷移后（Undertow）：

• 單機(jī)QPS：15000（+87%）
• 平均響應(yīng)時(shí)間：12ms（-52%）
• 內(nèi)存占用：1.2GB（-40%）
• CPU使用率：65%（-23%）

7.2 配置優(yōu)化示例

# 生產(chǎn)環(huán)境Undertow優(yōu)化配置
server:
  undertow:
    # IO線程數(shù)（通常為CPU核心數(shù)）
    io-threads: 8
    # 工作線程數(shù)（根據(jù)業(yè)務(wù)調(diào)整）
    worker-threads: 200
    # 直接緩沖區(qū)
    direct-buffers: true
    buffer-size: 16384
    # 連接配置
    max-connections: 10000
    max-http-post-size: 10485760
    # 優(yōu)雅關(guān)閉
    no-request-timeout: 60000
    drain-wait-time: 20000
    
  # JVM優(yōu)化配合
  port: 8080
  compression:
    enabled: true
    mime-types: text/html,text/xml,text/plain,application/json

八、如何遷移？

8.1 Maven配置調(diào)整

<!-- 排除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U(xiǎn)ndertow -->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-undertow</artifactId>
</dependency>

8.2 遷移注意事項(xiàng)

有些小伙伴在遷移過(guò)程中可能會(huì)遇到以下問(wèn)題：

1. Servlet API兼容性：確保代碼使用標(biāo)準(zhǔn)Servlet API
2. WebSocket配置：Undertow的WebSocket配置與Tomcat不同
3. SSL配置：證書(shū)和SSL配置可能需要調(diào)整
4. 會(huì)話管理：如果使用分布式會(huì)話，需要驗(yàn)證兼容性

總結(jié)

通過(guò)上面的詳細(xì)分析，我們可以總結(jié)出大公司選擇Undertow的主要原因：

1 性能優(yōu)勢(shì)明顯

• 更高的并發(fā)處理能力：XNIO架構(gòu)更適應(yīng)高并發(fā)場(chǎng)景
• 更低的內(nèi)存占用：直接內(nèi)存和緩沖區(qū)優(yōu)化減少內(nèi)存使用
• 更好的響應(yīng)時(shí)間：事件驅(qū)動(dòng)模型減少處理延遲

2 資源利用高效

• 精細(xì)化的資源控制：線程池、緩沖區(qū)等可精細(xì)配置
• 更好的可擴(kuò)展性：適應(yīng)云原生和容器化部署
• 更低的運(yùn)維成本：減少服務(wù)器數(shù)量和資源消耗

3 技術(shù)架構(gòu)先進(jìn)

• 現(xiàn)代化的并發(fā)模型：更適應(yīng)現(xiàn)代硬件架構(gòu)
• 靈活的擴(kuò)展機(jī)制：處理器鏈支持深度定制
• 更好的未來(lái)發(fā)展：為HTTP/2、Quic等新協(xié)議做好準(zhǔn)備

4 業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)

• 大規(guī)模部署需求：微服務(wù)架構(gòu)下容器性能至關(guān)重要
• 成本控制壓力：性能提升直接轉(zhuǎn)化為成本降低
• 技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力：保持技術(shù)棧的先進(jìn)性和競(jìng)爭(zhēng)力

有些小伙伴可能會(huì)說(shuō)："我的項(xiàng)目并發(fā)量不大，用Tomcat也挺好"。

確實(shí)，對(duì)于小型項(xiàng)目或個(gè)人項(xiàng)目，Tomcat完全夠用。

但對(duì)于大公司來(lái)說(shuō)，技術(shù)選型要考慮的是規(guī)模化效應(yīng)。

當(dāng)你有成千上萬(wàn)個(gè)微服務(wù)實(shí)例時(shí)，每個(gè)實(shí)例節(jié)省幾十MB內(nèi)存，總體節(jié)省的資源就是天文數(shù)字。

我的建議是：對(duì)于新項(xiàng)目，特別是預(yù)期有高并發(fā)需求的微服務(wù)項(xiàng)目，優(yōu)先考慮使用Undertow。對(duì)于現(xiàn)有項(xiàng)目，如果遇到性能瓶頸，可以考慮遷移到Undertow。

技術(shù)選型沒(méi)有絕對(duì)的對(duì)錯(cuò)，只有適合與否。

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