哦，这就是java的优雅停机？（实现及原理）-低调大师

哦，这就是java的优雅停机？（实现及原理）

2018-11-04 528

优雅停机？这个名词我是服的，如果抛开专业不谈，多好的名词啊！

其实优雅停机，就是在要关闭服务之前，不是立马全部关停，而是做好一些善后操作，比如：关闭线程、释放连接资源等。

再比如，就是不会让调用方的请求处理了一增，一下就中断了。而处理完本次后，再停止服务。

Java语言中，我们可以通过Runtime.getRuntime().addShutdownHook()方法来注册钩子，以保证程序平滑退出。（其他语言也类似）

来个栗子:

public class ShutdownGracefulTest {
/**
* 使用线程池处理任务
*/
public static ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
public static void main(String[] args) {
//假设有5个线程需要执行任务
for(int i = 0; i < 5; i++){
final int id = i;
Thread taski = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(System.currentTimeMillis() + " : thread_" + id + " start...");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(id);
}
catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(System.currentTimeMillis() + " : thread_" + id + " finish!");
}
});
taski.setDaemon(true);
executorService.submit(taski);
}
Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(System.currentTimeMillis() + " : " + Thread.currentThread().getName() + " No1 shutdown hooking...");
boolean shutdown = true;
try {
executorService.shutdown();
System.out.println(System.currentTimeMillis() + " : " + Thread.currentThread().getName() + " shutdown signal got, wait threadPool finish.");
executorService.awaitTermination(1500, TimeUnit.SECONDS);
boolean done = false;
System.out.println(System.currentTimeMillis() + " : " + Thread.currentThread().getName() + " all thread's done.");
}
catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
// 尝试再次关闭
if(!executorService.isTerminated()) {
executorService.shutdownNow();
}
}
System.out.println(System.currentTimeMillis() + " : " + Thread.currentThread().getName() + " No1 shutdown done...");
}
}));
Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println(System.currentTimeMillis() + " : " + Thread.currentThread().getName() + " No2 shutdown hooking...");
Thread.sleep(1000);
}
catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(System.currentTimeMillis() + " : " + Thread.currentThread().getName() + " No2 shutdown done...");
}
}));
System.out.println("main method exit...");
System.exit(0);
}
}

运行结果如下：

8ea56afe2068f191b9d08ae03d7e0fc5c5f6e3f5

很明显，确实是优雅了，虽然最后收到了一关闭信号，但是仍然保证了任务的处理完成。很棒吧！

那么，在实际应用中是如何体现优雅停机呢？

kill -15 pid

通过该命令发送一个关闭信号给到jvm, 然后就开始执行 Shutdown Hook 了，你可以做很多:

关闭 socket 链接
清理临时文件
发送消息通知给订阅方，告知自己下线
将自己将要被销毁的消息通知给子进程
各种资源的释放 ...

而在平时工作中，我们不乏看到很多运维同学，是这么干的:

kill -9 pid

如果这么干的话，jvm也无法了,kill -9 相当于一次系统宕机，系统断电。这会给应用杀了个措手不及，没有留给应用任何反应的机会。

所以，无论如何是优雅不起来了。

要优雅，是代码和运维的结合！

其中，线程池的关闭方式为:

executorService.shutdown();
executorService.awaitTermination(1500, TimeUnit.SECONDS);

ThreadPoolExecutor 在 shutdown 之后会变成 SHUTDOWN 状态，无法接受新的任务，随后等待正在执行的任务执行完成。意味着，shutdown 只是发出一个命令，至于有没有关闭还是得看线程自己。

ThreadPoolExecutor 对于 shutdownNow 的处理则不太一样，方法执行之后变成 STOP 状态，并对执行中的线程调用 Thread.interrupt() 方法（但如果线程未处理中断，则不会有任何事发生），所以并不代表“立刻关闭”。

shutdown() ：启动顺序关闭，其中执行先前提交的任务，但不接受新任务。如果已经关闭，则调用没有附加效果。此方法不等待先前提交的任务完成执行。
shutdownNow()：尝试停止所有正在执行的任务，停止等待任务的处理，并返回正在等待执行的任务的列表。当从此方法返回时，这些任务将从任务队列中耗尽（删除）。此方法不等待主动执行的任务终止。
executor.awaitTermination(this.awaitTerminationSeconds, TimeUnit.SECONDS)); 控制等待的时间，防止任务无限期的运行（前面已经强调过了，即使是 shutdownNow 也不能保证线程一定停止运行）。

注意:

虚拟机会对多个shutdownhook以未知的顺序调用，都执行完后再退出。
如果接收到 kill -15 pid 命令时，执行阻塞操作，可以做到等待任务执行完成之后再关闭 JVM。同时，也解释了一些应用执行 kill -15 pid 无法退出的问题，如:中断被阻塞了,或者hook运行了死循环代码。

实现原理:

Runtime.getRuntime().addShutdownHook(hook); // 添加钩子,开启优雅之路

// 具体流程如下：

/**
* Registers a new virtual-machine shutdown hook.
*
* @param hook
* An initialized but unstarted <tt>{@link Thread}</tt> object
*
* @throws IllegalArgumentException
* If the specified hook has already been registered,
* or if it can be determined that the hook is already running or
* has already been run
*
* @throws IllegalStateException
* If the virtual machine is already in the process
* of shutting down
*
* @throws SecurityException
* If a security manager is present and it denies
* <tt>{@link RuntimePermission}("shutdownHooks")</tt>
*
* @see #removeShutdownHook
* @see #halt(int)
* @see #exit(int)
* @since 1.3
*/
public void addShutdownHook(Thread hook) {
SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
sm.checkPermission(new RuntimePermission("shutdownHooks"));
}
// 添加到 application 中
ApplicationShutdownHooks.add(hook);
}
// java.lang.ApplicationShutdownHooks.add(hook);
static synchronized void add(Thread hook) {
if(hooks == null)
throw new IllegalStateException("Shutdown in progress");
if (hook.isAlive())
throw new IllegalArgumentException("Hook already running");
if (hooks.containsKey(hook))
throw new IllegalArgumentException("Hook previously registered");
// hooks 以map类型保存, k->k 形式存储，保证每一个钩子都是独立的
hooks.put(hook, hook);
}
// java.lang.ApplicationShutdownHooks 会先注册一个静态块，添加一个任务到 Shutdown 中
/* The set of registered hooks */
private static IdentityHashMap<Thread, Thread> hooks;
static {
try {
Shutdown.add(1 /* shutdown hook invocation order */,
false /* not registered if shutdown in progress */,
new Runnable() {
public void run() {
// 即当该任务被调用时，调用自身的运行方法，使所有注册的 hook 运行起来
runHooks();
}
}
);
hooks = new IdentityHashMap<>();
} catch (IllegalStateException e) {
// application shutdown hooks cannot be added if
// shutdown is in progress.
hooks = null;
}
}
// runHooks 执行所有钩子线程,进行异步调用
/* Iterates over all application hooks creating a new thread for each
* to run in. Hooks are run concurrently and this method waits for
* them to finish.
*/
static void runHooks() {
Collection<Thread> threads;
synchronized(ApplicationShutdownHooks.class) {
threads = hooks.keySet();
hooks = null;
}
for (Thread hook : threads) {
hook.start();
}
for (Thread hook : threads) {
try {
// 阻塞等待所有完成
hook.join();
} catch (InterruptedException x) { }
}
}

到现在为止，我们已经知道关闭钩子是如何执行的，但是，还不是知道，该钩子是何时触发？

// java.lang.Shutdown.add() 该方法会jvm主动调用，从而触发后续钩子执行
/* Invoked by the JNI DestroyJavaVM procedure when the last non-daemon
* thread has finished. Unlike the exit method, this method does not
* actually halt the VM.
*/
static void shutdown() {
synchronized (lock) {
switch (state) {
case RUNNING: /* Initiate shutdown */
state = HOOKS;
break;
case HOOKS: /* Stall and then return */
case FINALIZERS:
break;
}
}
synchronized (Shutdown.class) {
// 执行序列
sequence();
}
}
// 而 sequence() 则会调用 runHooks(), 调用自定义的钩子任务
private static void sequence() {
synchronized (lock) {
/* Guard against the possibility of a daemon thread invoking exit
* after DestroyJavaVM initiates the shutdown sequence
*/
if (state != HOOKS) return;
}
runHooks();
boolean rfoe;
synchronized (lock) {
state = FINALIZERS;
rfoe = runFinalizersOnExit;
}
if (rfoe) runAllFinalizers();
}
// 执行钩子，此处最多允许注册 10 个钩子，且进行同步调用，当然这是最顶级的钩子，钩子下还可以添加钩子，可以任意添加n个
private static void runHooks() {
for (int i=0; i < MAX_SYSTEM_HOOKS; i++) {
try {
Runnable hook;
synchronized (lock) {
// acquire the lock to make sure the hook registered during
// shutdown is visible here.
currentRunningHook = i;
hook = hooks[i];
}
// 同步调用注册的hook, 即前面看到 ApplicationShutdownHooks.runHooks()
if (hook != null) hook.run();
} catch(Throwable t) {
if (t instanceof ThreadDeath) {
ThreadDeath td = (ThreadDeath)t;
throw td;
}
}
}
}

如此，整个关闭流程完美了。

简化为:

注册流程(应用主动调用)：Runtime.addShutdownHook -> ApplicationShutdownHooks.add()/static -> java.lang.Shutdown.add()/shutdown()
执行流程(jvm自动调用)：java.lang.Shutdown.shutdown()->sequence()->runHooks() -> ApplicationShutdownHooks.runHooks() -> hooks 最终

原文发布时间为：2018-11-05
本文作者：Java技术驿站
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