不懂优雅停机，搞挂了线上服务

蔚落 2023-10-15 23:21 1阅读 0赞

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，后来咨询了资深的同事才知道：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：

![图片][99bbeb2362f9222e3cb366e76a4f7fdc.png]

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 堆最大为 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。

## 最佳实践 ##

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。这里给出几个最佳实践原则，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。

![图片][ec6f53cda7019b08f7b3a2aec3ec36c1.png]

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

[99bbeb2362f9222e3cb366e76a4f7fdc.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/99bbeb2362f9222e3cb366e76a4f7fdc.png
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