JVM优雅退出
背景
在某个Java应用增加新功能，缩容机器，或者应用以及机器发生异常，通常会停止正在运行的应用，该应用通常正在运行着任务，如果停止应用的操作处理不当的话，很有可能会导致数据丢失，损坏，从而影响业务。所以在停止应用的时候，需要考虑如何安全优雅的退出。本文分成三部分：
- jvm关闭的几种情况
- 如何优雅关闭应用
- 几点注意事项
jvm关闭的几种情况
jvm通常有下面几种关闭的情况：
正常关闭
1. 所有非daemon线程退出
2. 调用System.exit()
3. SIGINT(ctrl+c)
4. SIGTERM(kill -15)
异常关闭
1. 未捕获的异常
2. oom
强制关闭
1. SIGKILL(kill -9)
2. 应用crash
3. 机器宕机
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。
对于强制关闭的几种情况，会直接停止JVM进程，JVM不会调用已注册的shutdown hooks。
其中有几点需要了解：
-
linux信号以及处理
其中ctrl+c，kill -15，kill -9 都是通过发送信号的方式来通知jvm进行关闭操作。 -
daemon线程和非daemon线程区别
daemon线程在jvm里面的定义是: 如果jvm中只有daemon线程在运行，则jvm退出。通常默认新起的线程都是非daemon线程，可以通过设置线程的属性，将线程设置为daemon线程。 -
jvm shutdown hooks
jvm提供了Runtime.getRuntime().addShutdownHook方法用来注册自定义的关闭逻辑，如下所示是spring框架注册的关闭逻辑
public void registerShutdownHook() {
if (this.shutdownHook == null) {
// No shutdown hook registered yet.
this.shutdownHook = new Thread() {
@Override
public void run() {
synchronized (startupShutdownMonitor) {
doClose();
}
}
};
Runtime.getRuntime().addShutdownHook(this.shutdownHook);
}
}
-
关闭钩子本质上是一个线程，对于一个JVM中注册的多个关闭钩子会并发执行，所以JVM并不保证它们的执行顺序，建议在一个钩子中执行应用的关闭操作。
-
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()。 -
jvm退出时会等待所有的钩子线程执行之后，再退出jvm，到时候会直接停止运行还在运行所有的线程（包括
daemon和非daemon）。
如何实现优雅关闭
通常一个应用会有两种场景：
- 外部驱动：接收外部的请求，转换成任务，并运行该任务。
- 内部驱动：自产自销，通常以一个定时任务的形式运行。
针对第一种场景，需要从两个方面考虑优雅关闭：
-
停止接收外部新的请求。
对于rpc调用，需要在注册中心主动注销自身的服务，从而避免上游应用继续往该机器发送请求；对于MQ消费，需要主动告知MQ停止往该机器投递消息。 -
等待当前接收的所有任务执行完成
通常会通过线程池的方式来实现，可以直接调用线程池的shutdown方法，注意需要了解shutdownNow和shutdown以及awaitTermination方法的使用
针对第二种场景，定时任务通常有两种实现方式：
-
使用
ScheduldExecutorService线程池方式，优雅退出直接参考上面的线程池关闭即可。 -
在单线程在里面while循环加sleep的方式实现，通常有两种优雅退出方式：
- 使用volatile类型的共享变量作为退出标志
通常在使用一个变量标识作为while循环判断的依据，该变量启动之后值为true，在自定义的jvm关闭钩子里面，修改该变量的值为false，为false时停止退出循环，结束线程。 - 通过
Thread.interrupt方法
在jvm关闭钩子里面，获取到需要关闭的线程对象，调用thread.interrupt方法，如果此线程处于阻塞状态(比如调用了sleep方法，wait方法，或者io等待)，则会立马退出阻塞，并抛出InterruptedException异常；如果此线程正处于运行之中，则线程不受任何影响，继续运行，仅仅是置线程的状态为中断状态interrupted。
在编写线程相关的代码时，需要捕获InterruptedException异常（捕获到异常时会清除interrupted状态），并且在合理的位置调用isInterrupted方法来判断查看自己是否被中断，并做退出操作。
几点注意事项
-
现在一般的应用都是基于spring框架开发的，spring框架本身会注册
shutdown hook，关闭的时候会根据bean的依赖关系按序执行bean的destory逻辑，先destory被依赖的bean。呈一个树状的destory顺序。在编写bean实例相关代码的时候，最好加上destory方法，并做退出操作。 -
注册jvm钩子的时候，最好设置线程名，并打印关键日志，以便排除问题。
-
在所有的
shutdown hook执行结束之后，会直接停止jvm，这一动作会停止还在运行的所有的线程（包括daemon和非daemon），所以最好在hook的代码里面增加需要关闭线程的状态判断，保证线程先关闭，再结束hook的运行。 -
因为jvm钩子是异步并发执行的，可能会乱序，所以可以强制指定jvm只执行自己设置的钩子，去除其他引入的JAR包里面注册的钩子。jvm钩子的源码如下：
public class Runtime {
public void addShutdownHook(Thread hook) {
SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
sm.checkPermission(new RuntimePermission("shutdownHooks"));
}
ApplicationShutdownHooks.add(hook);
}
...
}
class ApplicationShutdownHooks {
/* The set of registered hooks */
private static IdentityHashMap<Thread, Thread> hooks;
static synchronized void add(Thread hook) {
hooks.put(hook, hook);
}
/* Remove a previously-registered hook. Like the add method, this method
* does not do any security checks.
*/
static synchronized boolean remove(Thread hook) {
return hooks.remove(hook) != null;
}
/* 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) {
while (true) {
try {
hook.join();
break;
} catch (InterruptedException ignored) {
}
}
}
}
Runtime.getRuntime().addShutdownHook本身会调用ApplicationShutdownHooks注册钩子，hooks维护了所有已经注册的钩子，由于jvm本身没有提供好用的方法去移除已经注册的钩子，可以通过反射的方式调用ApplicationShutdownHooks的hooks属性并清除该map里面的内容。
- 需要考虑接受到关闭信号之后，jvm长时间没有关闭的情况，避免应用关闭失败。通常设置最大等待时间，最大等待时间之后，直接强制关闭，比如执行
kill -9。
梵高的田野
