Jvm启动，关闭及对应钩子

时间：2024-06-13 23:03:44

很多时候应用服务启动或关闭会做一些预加载（比如缓存，定时任务启动等）或收尾处理工作（比如程序失败记录等）

１．　首先看下Spring框架服务启动加载操作实现，直接上代码

继承实现接口ApplicationListener就可以实现：
import com.today.service.financereport.action.ExportReportRecordFailureAction
import com.today.service.financereport.common.ReportThreadManager
import com.today.service.financereport.dto.ExportReportFailureInput
import org.slf4j.LoggerFactory
import org.springframework.context.ApplicationListener
import org.springframework.context.event.ContextRefreshedEvent
import org.springframework.stereotype.Service

/**
  * 类功能描述：容器启动监听器
  *
  * @author WangXueXing create at 18-11-20 上午9:35
  * @version 1.0.0
  */
@Service
class ContainerStartListener extends ApplicationListener[ContextRefreshedEvent] {
  private val logger = LoggerFactory.getLogger(getClass)
  override def onApplicationEvent(event: ContextRefreshedEvent): Unit = {
    logger.info("容器正在启动...")
    Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() => {
      logger.info("容器将要关闭，关闭前处理开始...")
      //1. 设置容器关闭前还未生成报表设置为导出失败
      ReportThreadManager.REPORT_THREAD_MAP.keySet().forEach { x =>
        new ExportReportRecordFailureAction(ExportReportFailureInput(x, new Throwable("容器被关闭"))).execute
      }
      logger.info("容器将要关闭，关闭前处理完成")
    }))
  }
}

2.　退出服务及几种退出方法

如下图：

Jvm启动，关闭及对应钩子

对于强制关闭的几种情况，系统关机，操作系统会通知JVM进程关闭并等待，一旦等待超时，系统会强制中止JVM进程；kill -9、Runtime.halt()、断电、系统crash这些种方式会直接无商量中止JVM进程，JVM完全没有执行扫尾工作的机会。因此对用应用程序而言，我们强烈不建议使用kill -9 这种暴力方式退出。
而对于正常关闭、异常关闭的几种情况，JVM关闭前，都会调用已注册的shutdown hooks，基于这种机制，我们可以将扫尾的工作放在shutdown hooks中，进而使我们的应用程序安全的退出。基于平台通用性的考虑，我们更推荐应用程序使用System.exit(0)这种方式退出JVM。

JVM 与 shutdown hooks 交互流程如下图所示，可以对照源码进一步的学习shutdown hooks工作原理。
Jvm启动，关闭及对应钩子

Jvm安全退出

对于tomcat类Web应用，我们可以直接通过Runtime.addShutdownHook(Thread hook)注册自定义钩子，在钩子中实现资源的清理；而对于worker类应用，我们可以采用如下的方式安全的退出应用。

基于信号的进程通知机制

信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，在原理上，一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。通俗来讲，信号就是进程间的一种异步通信机制。信号具有平台相关性，Linux平台支持的一些终止进程信号如下所示：

信号名称 用途
SIGKILL 终止进程，强制杀死进程
SIGTERM 终止进程，软件终止信号
SIGTSTP 停止进程，终端来的停止信号
SIGPROF 终止进程，统计分布图用计时器到时
SIGUSR1 终止进程，用户定义信号1
SIGUSR2 终止进程，用户定义信号2
SIGINT 终止进程，中断进程
SIGQUIT 建立CORE文件终止进程，并且生成core文件

Windows平台存在一些差异，它的一些信号举例如下所示：

信号名称 用途
SIGINT Ctrl+C中断
SIGTERM kill发出的软件终止
SIGBREAK Ctrl+Break中断

信号选择：为了不干扰正常信号的运作，又能模拟Java异步通知，在Linux上我们需要先选定一种特殊的信号。通过查看信号列表上的描述，发现 SIGUSR1 和 SIGUSR2 是允许用户自定义的信号,我们可以选择SIGUSR2，在Windows上我们可以选择SIGINT。

通过这种信号机制，对应用程序JVM发送特定信号,JVM可以感知并处理该信号，进而可以接受程序退出指令。

安全退出实现

首先看下通用的JVM安全退出的流程图：

Jvm启动，关闭及对应钩子

第一步，应用进程启动的时候，初始化Signal实例，它的代码示例如下：

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Signal sig = new Signal(getOSSignalType());

其中Signal构造函数的参数为String字符串，也就上文介绍的信号量名称。

第二步，根据操作系统的名称来获取对应的信号名称，代码如下：

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private String getOSSignalType()

   {

       return System.getProperties().getProperty("os.name").

                 toLowerCase().startsWith("win") ? "INT" : "USR2";

    }

判断是否是windows操作系统，如果是则选择SIGINT，接收Ctrl+C中断的指令；否则选择USR2信号，接收SIGUSR2（等价于kill -12 pid）指令。

第三步，将实例化之后的SignalHandler注册到JVM的Signal，一旦JVM进程接收到kill -12 或者 Ctrl+C则回调handle接口，代码示例如下：

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Signal.handle(sig, shutdownHandler);

其中shutdownHandler实现了SignalHandler接口的handle(Signal sgin)方法，代码示例如下：

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public class ShutdownHandler implements SignalHandler {

    /**

     * 处理信号

     *

     * @param signal 信号

     */

    public void handle(Signal signal) {

    }

}

第四步，在接收到信号回调的handle接口中，初始化JVM的ShutdownHook线程，并将其注册到Runtime中，示例代码如下：

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private void registerShutdownHook()

 {

        Thread t = new Thread(new ShutdownHook(), "ShutdownHook-Thread");

        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(t);

 }

第五步，接收到进程退出信号后，在回调的handle接口中执行虚拟机的退出操作，示例代码如下：

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Runtime.getRuntime().exit(0);

JVM退出时，底层会自动检测用户是否注册了ShutdownHook任务，如果有，则会自动执行注册钩子的Run方法，应用只需要在ShutdownHook中执行扫尾工作即可，示例代码如下：

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class ShutdownHook implements Runnable

{

        @Override

        public void run() {

                System.out.println("ShutdownHook execute start...");

                try {

                   TimeUnit.SECONDS.sleep(10);//模拟应用进程退出前的处理操作

                } catch (InterruptedException e) {

                    e.printStackTrace();

                }

                System.out.println("ShutdownHook execute end...");

                }

}

通过以上的几个步骤，我们可以轻松实现JVM的安全退出，另外，通常安全退出需要有超时控制机制，例如30S，如果到达超时时间仍然没有完成退出，则由停机脚本直接调用kill -9强制退出。

使用关闭钩子的注意事项

  • 关闭钩子本质上是一个线程（也称为Hook线程），对于一个JVM中注册的多个关闭钩子它们将会并发执行，所以JVM并不保证它们的执行顺序；由于是并发执行的，那么很可能因为代码不当导致出现竞态条件或死锁等问题，为了避免该问题，强烈建议在一个钩子中执行一系列操作。

  • Hook线程会延迟JVM的关闭时间，这就要求在编写钩子过程中必须要尽可能的减少Hook线程的执行时间，避免hook线程中出现耗时的计算、等待用户I/O等等操作。

  • 关闭钩子执行过程中可能被强制打断,比如在操作系统关机时，操作系统会等待进程停止，等待超时，进程仍未停止，操作系统会强制的杀死该进程，在这类情况下，关闭钩子在执行过程中被强制中止。
  • 在关闭钩子中，不能执行注册、移除钩子的操作，JVM将关闭钩子序列初始化完毕后，不允许再次添加或者移除已经存在的钩子，否则JVM抛出 IllegalStateException。
  • 不能在钩子调用System.exit()，否则卡住JVM的关闭过程，但是可以调用Runtime.halt()。
  • Hook线程中同样会抛出异常，对于未捕捉的异常，线程的默认异常处理器处理该异常，不会影响其他hook线程以及JVM正常退出。

总结

为了保障应用重启过程中异步操作的执行，避免强制退出JVM可能产生的各种问题，我们可以采用关闭钩子、自定义信号的方式，主动的通知JVM退出，并在JVM关闭前，执行应用程序的一些扫尾工作，进一步保证应用程序可以安全的退出。

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