公司項目是用 consul 進行注冊的，在發(fā)布微服務的時候，總是會導致調用方出現(xiàn)一定幾率的調用失敗。一開始百思不得其解，后來咨詢了資深的同事才知道：原來是服務下線的時候沒有優(yōu)雅停機，沒有去 consul 將自己下線再停機，導致調用方拿到了舊的調用地址，導致調用失?。?/strong> 看來優(yōu)雅停機還是一個蠻重要的知識點，可不能忽略，今天就讓我們來盤盤它吧！

一、什么是優(yōu)雅停機？

在 Linux 世界里，一切都是資源。當我們啟動一個 JVM 的時候，我們就加載了許多的資源。而當我們關閉 JVM 的時候，JVM 只會釋放內(nèi)存這個資源，而其他資源是不會釋放的，例如：網(wǎng)絡連接、文件句柄等等。

Linux 的網(wǎng)絡連接數(shù)、文件句柄數(shù)都是有限的，如果我們沒有及時釋放，時間久了就會導致一些奇怪的問題。那么如何在 JVM 關閉的時候，釋放這些資源呢？答案就是：利用 Java 提供的 ShutdownHook 接口。 我們所說的優(yōu)雅停機，就是利用 Java 提供的 ShutdownHook 接口注冊一個鉤子，讓 JVM 在關閉之前執(zhí)行鉤子函數(shù)的代碼，讓其關閉對應的資源。

二、適用場景

在學會怎么使用優(yōu)雅停機之前，我們需要弄清楚優(yōu)雅停機適用于哪些場景，那我們就需要先弄清楚 JVM 關閉的幾種情況了。JVM 關閉的情況可以分為 3 大類 11 個情況，如下圖所示：

JVM 關閉的場景

在 JVM 關閉的 3 大類場景中，只有正常關閉與異常關閉是支持優(yōu)雅停機的，而強制關閉則是不支持的。下面我們通過三個例子來驗證一下。

1、JVM 正常關閉

JVM 正常關閉這種情況，我們只需要正常運行一個 main 函數(shù)，然后為其注冊一個 ShutdownHook 即可，其代碼如下所示。

public class NormalShutdownTest {
    public void start() {
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() ->
                System.out.println("鉤子函數(shù)被執(zhí)行，可以在這里關閉資源。")
        ));
    }

    public static void main(String[] args) {
        new NormalShutdownTest().start();
        System.out.println("主應用程序在執(zhí)行，正常關閉。");
    }
}

輸出結果為：

主應用程序在執(zhí)行，正常關閉。
鉤子函數(shù)被執(zhí)行，可以在這里關閉資源。

可以看到鉤子函數(shù)的代碼正常執(zhí)行了。如果你在 main 函數(shù)增加 System.exit(0) 代碼，執(zhí)行之后的結果也還是一樣。這說明 JVM 正常關閉情況下，是支持優(yōu)雅停機的。

2、異常關閉

JVM 異常關閉這種情況，我們嘗試制造內(nèi)存溢出。只需要聲明一個 500 MB 的數(shù)組，然后設置 JVM 堆最大為 20 MB 即可（-Xmx20M），其代碼如下所示。

public class OomShutdownTest {
    public void start() {
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() ->
                System.out.println("鉤子函數(shù)被執(zhí)行，可以在這里關閉資源")
        ));
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new OomShutdownTest().start();
        System.out.println("主應用程序在執(zhí)行，內(nèi)存溢出關閉。");
        byte[] b = new byte[500 * 1024 * 1024];
    }
}

執(zhí)行結果為：

主應用程序在執(zhí)行，內(nèi)存溢出關閉。
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
 at tech.shuyi.javacodechip.shutdownhook.OomShutdownTest.main(OomShutdownTest.java:13)
鉤子函數(shù)被執(zhí)行，可以在這里關閉資源

可以看到 JVM 拋出了 OOM 錯誤，但是鉤子函數(shù)還是被執(zhí)行了。如果你在 main 函數(shù)中自行拋出 RuntimeException，鉤子函數(shù)也還是會被執(zhí)行。感興趣的朋友可以自行嘗試一下。

3、強制關閉

JVM 強制關閉這種情況，我們可以使用 Runtime.getRuntime().halt(1) 進行測試，其代碼如下所示。

public class ForceShutdownTest {
    public void start() {
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() ->
                System.out.println("鉤子函數(shù)被執(zhí)行，可以在這里關閉資源。")
        ));
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new ForceShutdownTest().start();
        System.out.println("主應用程序在執(zhí)行，強制關閉。");
        Runtime.getRuntime().halt(1);
    }
}

執(zhí)行結果：

主應用程序在執(zhí)行，強制關閉。

可以看到鉤子函數(shù)并沒有被執(zhí)行，所以 JVM 強制關閉這種場景不支持優(yōu)雅停機。

三、最佳實踐

看了上面的例子，看起來優(yōu)雅停機沒那么復雜嘛。實際上，優(yōu)雅停機用不好，很可能出現(xiàn)一些其他問題。這里給出幾個最佳實踐原則，幫助大家用好優(yōu)雅停機！

1、只注冊一個鉤子

我們都知道 JVM 可以注冊多個鉤子，而鉤子本質上是一個線程，可以并發(fā)執(zhí)行。那么就很可能出現(xiàn)鉤子之間相互依賴，這樣就會導致依賴死鎖了。另外，也可能因為多個鉤子操作同一個資源，導致資源競爭出現(xiàn)死鎖。因此，較好的一種方式就是只注冊一個鉤子，所有的資源釋放都在這個鉤子中操作。

2、確保線程安全

因為鉤子本質上也是一個線程，JVM 可能會并發(fā)執(zhí)行多個鉤子，JVM 并不保證它們的執(zhí)行順序，因此需要保證鉤子中的操作是線程安全的。當然了，如果你只有一個鉤子的話，那這個提示可以忽略了。

3、不要做耗時的操作

在鉤子中，不要做耗時的操作。因為當我們要關閉 JVM 時，用戶肯定是希望盡快關閉，因此鉤子中主要用于關閉殘留資源，不應該再做其他耗時的操作。

4、不要做注冊、移除鉤子的操作

在關閉鉤子中，不能執(zhí)行注冊、移除鉤子的操作，否則 JVM 拋出 IllegalStateException。

5、不要調用 System.exit () 操作

也不能調用 System.exit ()  操作，但是調用 Runtime.halt() 操作是可以的。我想，這是因為調用 System.exit () 操作會導致循環(huán)進入鉤子，導致死循環(huán)吧。

6、需要考慮的資源

除了上面一些代碼上的操作需要考慮，我們還需要注意下面這些場景的處理：

池化資源的釋放：數(shù)據(jù)庫連接池、HTTP 連接池、線程池。

在處理線程的釋放：已經(jīng)被連接的 HTTP 請求。

MQ 消費者的處理：正在處理的消息。

隱形受影響的資源的處理：Zookeeper、Nacos 實例下線等。

四、應用案例

Java 提供的優(yōu)雅停機機制，可以說是許多框架的基礎。諸如 Spring、Consul 等中間件框架，都是利用 Java 提供的這個機制進行優(yōu)雅停機的。

1、Spring 的優(yōu)雅停機

例如 Spring 是基于 Java 語言開發(fā)的框架，那其也勢必依賴于 JVM 的 ShutdownHook。Spring 關于優(yōu)雅停機的代碼在 org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext#registerShutdownHook 處，代碼如下圖所示。

@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 鉤子
  Runtime.getRuntime().addShutdownHook(this.shutdownHook);
 }
}

可以看到 Spring 在 registerShutdownHook() 函數(shù)里，注冊了一個關閉的鉤子，鉤子中調用了 doClose() 方法。

2、服務治理的優(yōu)雅停機

不論是 Dubbo 還是 Spring Cloud 的分布式服務框架，需要關注的是怎么能在服務停止前，先將提供者在注冊中心進行反注冊，然后在停止服務提供者，這樣才能保證業(yè)務系統(tǒng)不會產(chǎn)生各種 503、timeout 等現(xiàn)象。為了實現(xiàn)上述說到的效果，那么我們就必須關注優(yōu)雅停機這件事情。

彩蛋

我們都知道通過 kill -15 可以讓 JVM 優(yōu)雅停機，那我們是否可以監(jiān)聽特定的信號量，從而讓程序做特定的操作呢？例如：讓 JVM 監(jiān)聽第 12 信號量，然后打印一條日志，隨后優(yōu)雅停機。

答案是當然可以啦！我們只需要利用 Signal 類，并實現(xiàn)一個 SignHandler 類就可以了。其實現(xiàn)代碼如下所示：

public class CustomShutdownTest {
    public void start() {
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() ->
                System.out.println("鉤子函數(shù)被執(zhí)行，可以在這里關閉資源。")
        ));
    }

    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("接收到信號量：" + signal.getName());
                // 監(jiān)聽信號量，通過System.exit(0)正常關閉JVM，觸發(fā)關閉鉤子執(zhí)行收尾工作
                System.exit(0);
            }
        });
        // other logic
        new CustomShutdownTest().start();
        System.out.println("主應用程序在執(zhí)行，正常關閉。");
         try {
          Thread.sleep(30000);
         } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
         }
    }
}

我們啟動該類后，先讓其休眠 30 秒，隨后用 jps 命令找到進程 ID，隨后運行 kill -USR2 PID 即可，如截圖所示。

隨后可以看到控制臺打印出如下消息：

主應用程序在執(zhí)行，正常關閉。
接收到信號量：USR2
鉤子函數(shù)被執(zhí)行，可以在這里關閉資源。

從上面消息我們知道，JVM 成功接收到了 USR2 信號量，也成功執(zhí)行了鉤子函數(shù)。搞定！

提示：其實 USR2 是 Linux 第 12 個信號量，是留給用戶使用的一個信號量。我們可以通過該信號量做一些定制化操作，從而實現(xiàn)更加復雜的功能。