公司項目是用 consul 進行注冊的，在發布微服務的時候，總是會導致調用方出現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，導致調用失敗！ 看來優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！

什么是優雅停機？

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 只會釋放內存這個資源，而其他資源是不會釋放的，例如：網絡連接、文件句柄等等。

Linux 的網絡連接數、文件句柄數都是有限的，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 在關閉之前執行鉤子函數的代碼，讓其關閉對應的資源。

適用場景

在學會怎么使用優雅停機之前，我們需要弄清楚優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。

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，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("鉤子函數被執行，可以在這里關閉資源。")
        ));
    }

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

輸出結果為：

主應用程序在執行，正常關閉。
鉤子函數被執行，可以在這里關閉資源。

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

異常關閉

JVM 異常關閉這種情況，我們嘗試制造內存溢出。只需要聲明一個 500 MB 的數組，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("鉤子函數被執行，可以在這里關閉資源")
        ));
    }

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

執行結果為：

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

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

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("鉤子函數被執行，可以在這里關閉資源。")
        ));
    }

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

執行結果：

主應用程序在執行，強制關閉。

可以看到鉤子函數并沒有被執行，所以 JVM 強制關閉這種場景不支持優雅停機。

最佳實踐

看了上面的例子，看起來優雅停機沒那么復雜嘛。實際上，優雅停機用不好，很可能出現一些其他問題。這里給出幾個最佳實踐原則，幫助大家用好優雅停機！

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，可以并發執行。那么就很可能出現鉤子之間相互依賴，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。

確保線程安全

因為鉤子本質上也是一個線程，JVM 可能會并發執行多個鉤子，JVM 并不保證它們的執行順序，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。

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。

不要做注冊、移除鉤子的操作

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

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 () 操作會導致循環進入鉤子，導致死循環吧。

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：數據庫連接池、HTTP 連接池、線程池。
• 在處理線程的釋放：已經被連接的 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。

應用案例

Java 提供的優雅停機機制，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雅停機的。

Spring 的優雅停機

例如 Spring 是基于 Java 語言開發的框架，那其也勢必依賴于 JVM 的 ShutdownHook。Spring 關于優雅停機的代碼在 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() 函數里，注冊了一個關閉的鉤子，鉤子中調用了 doClose() 方法。

服務治理的優雅停機

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，這樣才能保證業務系統不會產生各種 503、timeout 等現象。為了實現上述說到的效果，那么我們就必須關注優雅停機這件事情。

彩蛋

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

答案是當然可以啦！我們只需要利用 Signal 類，并實現一個 SignHandler 類就可以了。其實現代碼如下所示：

public class CustomShutdownTest {
    public void start() {
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() ->
                System.out.println("鉤子函數被執行，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());
                // 監聽信號量，通過System.exit(0)正常關閉JVM，觸發關閉鉤子執行收尾工作
                System.exit(0);
            }
        });
        // other logic
        new CustomShutdownTest().start();
        System.out.println("主應用程序在執行，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：

主應用程序在執行，正常關閉。
接收到信號量：USR2
鉤子函數被執行，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，也成功執行了鉤子函數。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，從而實現更加復雜的功能。

參考資料

• 如何優雅地停止 Java 進程 | iBit 程序猿
• JVM 進程的優雅關閉 - waterystone - 博客園
• VIP！例子比較不錯！如何優雅的關閉 JVM？-51CTO.COM
• 比較深度一些，范圍比較廣！Spring—— 項目優雅停機 - 曹偉雄 - 博客園
• RPC 服務治理相關。VIP！研究優雅停機時的一點思考 | 徐靖峰 | 個人博客
• Spring 的優雅停機 | Yanick's Blog
• rocketmq 優雅停機往事 - 云 + 社區 - 騰訊云?