不懂优雅停机，搞挂了线上服务，咋办？

2022-06-08 00:00:00 执行 关闭 钩子 停机 优雅

公司项目是用 consul 进行注册的，在发布微服务的时候，总是会导致调用方出现一定几率的调用失败。一开始百思不得其解，后来咨询了的同事才知道：原来是服务下线的时候没有优雅停机，没有去 consul 将自己下线再停机，导致调用方拿到了旧的调用地址，导致调用失败！ 看来优雅停机还是一个蛮重要的知识点，可不能忽略，今天就让我们来盘盘它吧！

什么是优雅停机？

在 Linux 世界里，一切都是资源。当我们启动一个 JVM 的时候，我们就加载了许多的资源。而当我们关闭 JVM 的时候，JVM 只会释放内存这个资源，而其他资源是不会释放的，例如：网络连接、文件句柄等等。

Linux 的网络连接数、文件句柄数都是有限的，如果我们没有及时释放，时间久了就会导致一些奇怪的问题。那么如何在 JVM 关闭的时候，释放这些资源呢？答案就是：利用 Java 提供的 ShutdownHook 接口。 我们所说的优雅停机，就是利用 Java 提供的 ShutdownHook 接口注册一个钩子，让 JVM 在关闭之前执行钩子函数的代码，让其关闭对应的资源。

适用场景

在学会怎么使用优雅停机之前，我们需要弄清楚优雅停机适用于哪些场景，那我们就需要先弄清楚 JVM 关闭的几种情况了。JVM 关闭的情况可以分为 3 大类 11 个情况，如下图所示：

JVM 关闭的场景

在 JVM 关闭的 3 大类场景中，只有正常关闭与异常关闭是支持优雅停机的，而强制关闭则是不支持的。下面我们通过三个例子来验证一下。

JVM 正常关闭

JVM 正常关闭这种情况，我们只需要正常运行一个 main 函数，然后为其注册一个 ShutdownHook 即可，其代码如下所示。

public class NormalShutdownTest {
    public void start() {
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() ->
                System.out.println("钩子函数被执行，可以在这里关闭资源。")
        ));
    }

    public static void main(String[] args) {
        new NormalShutdownTest().start();
        System.out.println("主应用程序在执行，正常关闭。");
    }
}

输出结果为：

主应用程序在执行，正常关闭。
钩子函数被执行，可以在这里关闭资源。

可以看到钩子函数的代码正常执行了。如果你在 main 函数增加 System.exit(0) 代码，执行之后的结果也还是一样。这说明 JVM 正常关闭情况下，是支持优雅停机的。

异常关闭

JVM 异常关闭这种情况，我们尝试制造内存溢出。只需要声明一个 500 MB 的数组，然后设置 JVM 堆大为 20 MB 即可（-Xmx20M），其代码如下所示。

public class OomShutdownTest {
    public void start() {
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() ->
                System.out.println("钩子函数被执行，可以在这里关闭资源")
        ));
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new OomShutdownTest().start();
        System.out.println("主应用程序在执行，内存溢出关闭。");
        byte[] b = new byte[500 * 1024 * 1024];
    }
}

执行结果为：

主应用程序在执行，内存溢出关闭。
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
 at tech.shuyi.javacodechip.shutdownhook.OomShutdownTest.main(OomShutdownTest.java:13)
钩子函数被执行，可以在这里关闭资源

可以看到 JVM 抛出了 OOM 错误，但是钩子函数还是被执行了。如果你在 main 函数中自行抛出 RuntimeException，钩子函数也还是会被执行。感兴趣的朋友可以自行尝试一下。

强制关闭

JVM 强制关闭这种情况，我们可以使用 Runtime.getRuntime().halt(1) 进行测试，其代码如下所示。

public class ForceShutdownTest {
    public void start() {
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() ->
                System.out.println("钩子函数被执行，可以在这里关闭资源。")
        ));
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new ForceShutdownTest().start();
        System.out.println("主应用程序在执行，强制关闭。");
        Runtime.getRuntime().halt(1);
    }
}

执行结果：

主应用程序在执行，强制关闭。

可以看到钩子函数并没有被执行，所以 JVM 强制关闭这种场景不支持优雅停机。

佳实践

看了上面的例子，看起来优雅停机没那么复杂嘛。实际上，优雅停机用不好，很可能出现一些其他问题。这里给出几个佳实践原则，帮助大家用好优雅停机！

只注册一个钩子

我们都知道 JVM 可以注册多个钩子，而钩子本质上是一个线程，可以并发执行。那么就很可能出现钩子之间相互依赖，这样就会导致依赖死锁了。另外，也可能因为多个钩子操作同一个资源，导致资源竞争出现死锁。因此，较好的一种方式就是只注册一个钩子，所有的资源释放都在这个钩子中操作。

确保线程安全

因为钩子本质上也是一个线程，JVM 可能会并发执行多个钩子，JVM 并不保证它们的执行顺序，因此需要保证钩子中的操作是线程安全的。当然了，如果你只有一个钩子的话，那这个提示可以忽略了。

不要做耗时的操作

在钩子中，不要做耗时的操作。因为当我们要关闭 JVM 时，用户肯定是希望尽快关闭，因此钩子中主要用于关闭残留资源，不应该再做其他耗时的操作。

不要做注册、移除钩子的操作

在关闭钩子中，不能执行注册、移除钩子的操作，否则 JVM 抛出 IllegalStateException。

不要调用 System.exit () 操作

也不能调用 System.exit() 操作，但是调用 Runtime.halt() 操作是可以的。我想，这是因为调用 System.exit () 操作会导致循环进入钩子，导致死循环吧。

需要考虑的资源

除了上面一些代码上的操作需要考虑，我们还需要注意下面这些场景的处理：

  • 池化资源的释放：数据库连接池、HTTP 连接池、线程池。
  • 在处理线程的释放：已经被连接的 HTTP 请求。
  • MQ 消费者的处理：正在处理的消息。
  • 隐形受影响的资源的处理：Zookeeper、Nacos 实例下线等。

应用案例

Java 提供的优雅停机机制，可以说是许多框架的基础。诸如 Spring、Consul 等中间件框架，都是利用 Java 提供的这个机制进行优雅停机的。

Spring 的优雅停机

例如 Spring 是基于 Java 语言开发的框架，那其也势必依赖于 JVM 的 ShutdownHook。Spring 关于优雅停机的代码在 org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext#registerShutdownHook 处，代码如下图所示。

@Override
public void registerShutdownHook() {
 if (this.shutdownHook == null) {
  // No shutdown hook registered yet.
  this.shutdownHook = new Thread(SHUTDOWN_HOOK_THREAD_NAME) {
   @Override
   public void run() {
    synchronized (startupShutdownMonitor) {
     doClose();
    }
   }
  };
  // 增加 ShutdownHook 钩子
  Runtime.getRuntime().addShutdownHook(this.shutdownHook);
 }
}

可以看到 Spring 在 registerShutdownHook() 函数里，注册了一个关闭的钩子，钩子中调用了 doClose() 方法。

服务治理的优雅停机

不论是 Dubbo 还是 Spring Cloud 的分布式服务框架，需要关注的是怎么能在服务停止前，先将提供者在注册中心进行反注册，然后在停止服务提供者，这样才能保证业务系统不会产生各种 503、timeout 等现象。为了实现上述说到的效果，那么我们就必须关注优雅停机这件事情。

彩蛋

我们都知道通过 kill -15 可以让 JVM 优雅停机，那我们是否可以监听特定的信号量，从而让程序做特定的操作呢？例如：让 JVM 监听第 12 信号量，然后打印一条日志，随后优雅停机。

答案是当然可以啦！我们只需要利用 Signal 类，并实现一个 SignHandler 类就可以了。其实现代码如下所示：

public class CustomShutdownTest {
    public void start() {
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() ->
                System.out.println("钩子函数被执行，可以在这里关闭资源。")
        ));
    }

    public static void main(String[] args) {
        // custom signal kill
        Signal sg = new Signal("USR2"); // kill -12 pid
        Signal.handle(sg, new SignalHandler() {
            @Override
            public void handle(Signal signal) {
                System.out.println("接收到信号量：" + signal.getName());
                // 监听信号量，通过System.exit(0)正常关闭JVM，触发关闭钩子执行收尾工作
                System.exit(0);
            }
        });
        // other logic
        new CustomShutdownTest().start();
        System.out.println("主应用程序在执行，正常关闭。");
         try {
          Thread.sleep(30000);
         } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
         }
    }
}

我们启动该类后，先让其休眠 30 秒，随后用 jps 命令找到进程 ID，随后运行 kill -USR2 PID 即可，如截图所示。

随后可以看到控制台打印出如下消息：

主应用程序在执行，正常关闭。
接收到信号量：USR2
钩子函数被执行，可以在这里关闭资源。

从上面消息我们知道，JVM 成功接收到了 USR2 信号量，也成功执行了钩子函数。搞定！

提示：其实 USR2 是 Linux 第 12 个信号量，是留给用户使用的一个信号量。我们可以通过该信号量做一些定制化操作，从而实现更加复杂的功能。


参考资料

  • 如何优雅地停止 Java 进程 | iBit 程序猿

  • JVM 进程的优雅关闭 - waterystone - 博客园

  • VIP！例子比较不错！如何优雅的关闭 JVM？-51CTO.COM

  • 比较深度一些，范围比较广！Spring—— 项目优雅停机 - 曹伟雄 - 博客园

  • RPC 服务治理相关。VIP！研究优雅停机时的一点思考 | 徐靖峰 | 个人博客

  • Spring 的优雅停机 | Yanick's Blog

  • rocketmq 优雅停机往事 - 云 + 社区 - 腾讯云


原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/ExmPpQYB8-6AWLhNrSH8Ew

来源：微信公众号-陈树义

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