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JVM安全退出（如何優雅的關閉java服務）背景JVM 關閉Jvm安全退出使用關閉鈎子的注意事項總結

背景

使用者：貨都到了，購物車裡怎麼還有剛買的東西，what?

産品：有使用者反映，提單完成了，怎麼沒清購物車，研發趕緊看看是不是有bug啊？

研發：恩，我看看，！@#￥%……&*（）一頓狂查，搜嘎，當時在上線，重新開機應用，異步任務丢了……

産品：能不能行，上線你就丢任務，丢不丢人啊！

研發：…………

上線!重新開機!你還在為丢失任務而煩惱麼？看這裡看這裡，從此不再丢任務，JVM可以安全退出的

在交易流程中，為了提升服務的性能，我們做了一些異步化的優化，比如更新使用者最近使用的收貨位址、提單完成後通過MQ去發送各種通知類消息、清理使用者的購物車等等這些操作，異步化加快了應用的響應速度同時也帶來一個隐患，如何保障異步操作的執行？這個場景主要發生在應用重新開機時，對于通過線程或線程池進行的異步化，JVM重新開機時，背景執行的異步操作可能尚未完成。這時，需要通過JVM安全關閉來保證異步操作進行完成後，JVM再執行關閉。

更廣泛的說，在Linux上很多應用通常會通過kill -9 pid的方式強制将程序殺掉，這種方式簡單高效，是以很多應用的停止腳本經常會選擇使用kill -9 pid的方式。強制程序退出,會帶來一些副作用，對應用程式而言其效果等同于突然掉電，可能會導緻如下一些問題：

  1. 緩存中的資料尚未持久化到磁盤中，導緻資料丢失；
  2. 正在進行檔案的write操作，沒有更新完成，突然退出，導緻檔案損壞；
  3. 線程池的任務隊列中尚有接收到的任務還沒來得及處理，導緻任務丢失；
  4. 資料庫操作已經完成，例如賬戶餘額更新，準備傳回應答消息給用戶端時，消息尚在通信線程的發送隊列中排隊等待發送，程序強制退出導緻應答消息沒有傳回給用戶端，用戶端發起逾時重試，會帶來重複更新問題；
  5. 其它問題等…

這些問題都有可能對我們的業務産生影響，造成不必要的損失，為了避免這些問題，我們需要在JVM關閉時做些掃尾的工作，為此JVM提供了關閉鈎子（shutdown hooks）來做這些事情。本文探讨了利用關閉鈎子的相關内容。

JVM 關閉

首先，我們了解下哪些情況會導緻JVM關閉，如下圖

JVM安全退出（如何優雅的關閉java服務）背景JVM 關閉Jvm安全退出使用關閉鈎子的注意事項總結

對于強制關閉的幾種情況，系統關機，作業系統會通知JVM程序關閉并等待，一旦等待逾時，系統會強制中止JVM程序；kill -9、Runtime.halt()、斷電、系統crash這些種方式會直接無商量中止JVM程序，JVM完全沒有執行掃尾工作的機會。是以對用應用程式而言，我們強烈不建議使用kill -9 這種暴力方式退出。

而對于正常關閉、異常關閉的幾種情況，JVM關閉前，都會調用已注冊的shutdown hooks，基于這種機制，我們可以将掃尾的工作放在shutdown hooks中，進而使我們的應用程式安全的退出。基于平台通用性的考慮，我們更推薦應用程式使用System.exit(0)這種方式退出JVM。

JVM 與 shutdown hooks 互動流程如下圖所示，可以對照源碼進一步的學習shutdown hooks工作原理。

JVM安全退出（如何優雅的關閉java服務）背景JVM 關閉Jvm安全退出使用關閉鈎子的注意事項總結

Jvm安全退出

對于tomcat類Web應用，我們可以直接通過Runtime.addShutdownHook(Thread hook)注冊自定義鈎子，在鈎子中實作資源的清理；而對于worker類應用，我們可以采用如下的方式安全的退出應用。

基于信号的程序通知機制

信号是在軟體層次上對中斷機制的一種模拟，在原理上，一個程序收到一個信号與處理器收到一個中斷請求可以說是一樣的。通俗來講，信号就是程序間的一種異步通信機制。信号具有平台相關性，Linux平台支援的一些終止程序信号如下所示：

信号名稱 用途
SIGKILL 終止程序，強制殺死程序
SIGTERM 終止程序，軟體終止信号
SIGTSTP 停止程序，終端來的停止信号
SIGPROF 終止程序，統計分布圖用計時器到時
SIGUSR1 終止程序，使用者定義信号1
SIGUSR2 終止程序，使用者定義信号2
SIGINT 終止程序，中斷程序
SIGQUIT 建立CORE檔案終止程序，并且生成core檔案

Windows平台存在一些差異，它的一些信号舉例如下所示：

信号名稱 用途
SIGINT Ctrl+C中斷
SIGTERM kill發出的軟體終止
SIGBREAK Ctrl+Break中斷

信号選擇：為了不幹擾正常信号的運作，又能模拟Java異步通知，在Linux上我們需要先標明一種特殊的信号。通過檢視信号清單上的描述，發現 SIGUSR1 和 SIGUSR2 是允許使用者自定義的信号,我們可以選擇SIGUSR2，在Windows上我們可以選擇SIGINT。

通過這種信号機制，對應用程式JVM發送特定信号,JVM可以感覺并處理該信号，進而可以接受程式退出指令。

安全退出實作

首先看下通用的JVM安全退出的流程圖：

JVM安全退出（如何優雅的關閉java服務）背景JVM 關閉Jvm安全退出使用關閉鈎子的注意事項總結

第一步，應用程序啟動的時候，初始化Signal執行個體，它的代碼示例如下：

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Signal sig = new Signal(getOSSignalType());

其中Signal構造函數的參數為String字元串，也就上文介紹的信号量名稱。

第二步，根據作業系統的名稱來擷取對應的信号名稱，代碼如下：

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private String getOSSignalType()
   {
       return System.getProperties().getProperty("os.name").
                 toLowerCase().startsWith("win") ? "INT" : "USR2";
    }

判斷是否是windows作業系統，如果是則選擇SIGINT，接收Ctrl+C中斷的指令；否則選擇USR2信号，接收SIGUSR2（等價于kill -12 pid）指令。

第三步，将執行個體化之後的SignalHandler注冊到JVM的Signal，一旦JVM程序接收到kill -12 或者 Ctrl+C則回調handle接口，代碼示例如下：

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Signal.handle(sig, shutdownHandler);

其中shutdownHandler實作了SignalHandler接口的handle(Signal sgin)方法，代碼示例如下：

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public class ShutdownHandler implements SignalHandler {
    /**
     * 處理信号
     *
     * @param signal 信号
     */
    public void handle(Signal signal) {
    }
}

第四步，在接收到信号回調的handle接口中，初始化JVM的ShutdownHook線程，并将其注冊到Runtime中，示例代碼如下：

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private void registerShutdownHook()
 {
        Thread t = new Thread(new ShutdownHook(), "ShutdownHook-Thread");
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(t);
 }

第五步，接收到程序退出信号後，在回調的handle接口中執行虛拟機的退出操作，示例代碼如下：

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Runtime.getRuntime().exit(0);

JVM退出時，底層會自動檢測使用者是否注冊了ShutdownHook任務，如果有，則會自動執行注冊鈎子的Run方法，應用隻需要在ShutdownHook中執行掃尾工作即可，示例代碼如下：

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class ShutdownHook implements Runnable
{
        @Override
        public void run() {
                System.out.println("ShutdownHook execute start...");
                try {
                   TimeUnit.SECONDS.sleep(10);//模拟應用程序退出前的處理操作
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("ShutdownHook execute end...");
                }
}

通過以上的幾個步驟，我們可以輕松實作JVM的安全退出，另外，通常安全退出需要有逾時控制機制，例如30S，如果到達逾時時間仍然沒有完成退出，則由停機腳本直接調用kill -9強制退出。

使用關閉鈎子的注意事項

  • 關閉鈎子本質上是一個線程（也稱為Hook線程），對于一個JVM中注冊的多個關閉鈎子它們将會并發執行，是以JVM并不保證它們的執行順序；由于是并發執行的，那麼很可能因為代碼不當導緻出現競态條件或死鎖等問題，為了避免該問題，強烈建議在一個鈎子中執行一系列操作。
  • Hook線程會延遲JVM的關閉時間，這就要求在編寫鈎子過程中必須要盡可能的減少Hook線程的執行時間，避免hook線程中出現耗時的計算、等待使用者I/O等等操作。
  • 關閉鈎子執行過程中可能被強制打斷,比如在作業系統關機時，作業系統會等待程序停止，等待逾時，程序仍未停止，作業系統會強制的殺死該程序，在這類情況下，關閉鈎子在執行過程中被強制中止。
  • 在關閉鈎子中，不能執行注冊、移除鈎子的操作，JVM将關閉鈎子序列初始化完畢後，不允許再次添加或者移除已經存在的鈎子，否則JVM抛出 IllegalStateException。
  • 不能在鈎子調用System.exit()，否則卡住JVM的關閉過程，但是可以調用Runtime.halt()。
  • Hook線程中同樣會抛出異常，對于未捕捉的異常，線程的預設異常處理器處理該異常，不會影響其他hook線程以及JVM正常退出。

總結

為了保障應用重新開機過程中異步操作的執行，避免強制退出JVM可能産生的各種問題，我們可以采用關閉鈎子、自定義信号的方式，主動的通知JVM退出，并在JVM關閉前，執行應用程式的一些掃尾工作，進一步保證應用程式可以安全的退出。

文章來源：https://www.cnblogs.com/panchanggui/p/9806266.html

java jvm安全退出 優雅關閉
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