JVM怎么實現安全退出

今天就跟大家聊聊有關JVM怎么實現安全退出，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結了以下內容，希望大家根據這篇文章可以有所收獲。

背景

上線!重啟!你還在為丟失任務而煩惱么？看這里看這里，從此不再丟任務，JVM可以安全退出的

在交易流程中，為了提升服務的性能，我們做了一些異步化的優化，比如更新用戶最近使用的收貨地址、提單完成后通過MQ去發送各種通知類消息、清理用戶的購物車等等這些操作，異步化加快了應用的響應速度同時也帶來一個隱患，如何保障異步操作的執行？這個場景主要發生在應用重啟時，對于通過線程或線程池進行的異步化，JVM重啟時，后臺執行的異步操作可能尚未完成。這時，需要通過JVM安全關閉來保證異步操作進行完成后，JVM再執行關閉。
更廣泛的說，在Linux上很多應用通常會通過kill -9 pid的方式強制將進程殺掉，這種方式簡單高效，因此很多應用的停止腳本經常會選擇使用kill -9 pid的方式。強制進程退出,會帶來一些副作用，對應用程序而言其效果等同于突然掉電，可能會導致如下一些問題： 

1. 緩存中的數據尚未持久化到磁盤中，導致數據丟失； 

2. 正在進行文件的write操作，沒有更新完成，突然退出，導致文件損壞； 

3. 線程池的任務隊列中尚有接收到的任務還沒來得及處理，導致任務丟失； 

4. 數據庫操作已經完成，例如賬戶余額更新，準備返回應答消息給客戶端時，消息尚在通信線程的發送隊列中排隊等待發送，進程強制退出導致應答消息沒有返回給客戶端，客戶端發起超時重試，會帶來重復更新問題； 

5. 其它問題等…

這些問題都有可能對我們的業務產生影響，造成不必要的損失，為了避免這些問題，我們需要在JVM關閉時做些掃尾的工作，為此JVM提供了關閉鉤子（shutdown hooks）來做這些事情。本文探討了利用關閉鉤子的相關內容。

JVM 關閉

首先，我們了解下哪些情況會導致JVM關閉。

對于強制關閉的幾種情況，系統關機，操作系統會通知JVM進程關閉并等待，一旦等待超時，系統會強制中止JVM進程；kill -9、Runtime.halt()、斷電、系統crash這些種方式會直接無商量中止JVM進程，JVM完全沒有執行掃尾工作的機會。因此對用應用程序而言，我們強烈不建議使用kill -9 這種暴力方式退出。
而對于正常關閉、異常關閉的幾種情況，JVM關閉前，都會調用已注冊的shutdown hooks，基于這種機制，我們可以將掃尾的工作放在shutdown hooks中，進而使我們的應用程序安全的退出。基于平臺通用性的考慮，我們更推薦應用程序使用System.exit(0)這種方式退出JVM。

JVM 與 shutdown hooks 交互流程如下圖所示，可以對照源碼進一步的學習shutdown hooks工作原理。

Jvm安全退出

對于tomcat類Web應用，我們可以直接通過Runtime.addShutdownHook(Thread hook)注冊自定義鉤子，在鉤子中實現資源的清理；而對于worker類應用，我們可以采用如下的方式安全的退出應用。

基于信號的進程通知機制

信號是在軟件層次上對中斷機制的一種模擬，在原理上，一個進程收到一個信號與處理器收到一個中斷請求可以說是一樣的。通俗來講，信號就是進程間的一種異步通信機制。信號具有平臺相關性，Linux平臺支持的一些終止進程信號如下所示：

Windows平臺存在一些差異，它的一些信號舉例如下所示：

信號選擇：為了不干擾正常信號的運作，又能模擬Java異步通知，在Linux上我們需要先選定一種特殊的信號。通過查看信號列表上的描述，發現 SIGUSR1 和 SIGUSR2 是允許用戶自定義的信號,我們可以選擇SIGUSR2，在Windows上我們可以選擇SIGINT。

通過這種信號機制，對應用程序JVM發送特定信號,JVM可以感知并處理該信號，進而可以接受程序退出指令。

安全退出實現

首先看下通用的JVM安全退出的流程圖：

第一步，應用進程啟動的時候，初始化Signal實例，它的代碼示例如下：

其中Signal構造函數的參數為String字符串，也就上文介紹的信號量名稱。 

第二步，根據操作系統的名稱來獲取對應的信號名稱，代碼如下：

判斷是否是windows操作系統，如果是則選擇SIGINT，接收Ctrl+C中斷的指令；否則選擇USR2信號，接收SIGUSR2（等價于kill -12 pid）指令。

第三步，將實例化之后的SignalHandler注冊到JVM的Signal，一旦JVM進程接收到kill -12 或者 Ctrl+C則回調handle接口，代碼示例如下：

其中shutdownHandler實現了SignalHandler接口的handle(Signal sgin)方法，代碼示例如下：

第四步，在接收到信號回調的handle接口中，初始化JVM的ShutdownHook線程，并將其注冊到Runtime中，示例代碼如下：

第五步，接收到進程退出信號后，在回調的handle接口中執行虛擬機的退出操作，示例代碼如下：

JVM退出時，底層會自動檢測用戶是否注冊了ShutdownHook任務，如果有，則會自動執行注冊鉤子的Run方法，應用只需要在ShutdownHook中執行掃尾工作即可，示例代碼如下：

通過以上的幾個步驟，我們可以輕松實現JVM的安全退出，另外，通常安全退出需要有超時控制機制，例如30S，如果到達超時時間仍然沒有完成退出，則由停機腳本直接調用kill -9強制退出。

使用關閉鉤子的注意事項

• 關閉鉤子本質上是一個線程（也稱為Hook線程），對于一個JVM中注冊的多個關閉鉤子它們將會并發執行，所以JVM并不保證它們的執行順序；由于是并發執行的，那么很可能因為代碼不當導致出現競態條件或死鎖等問題，為了避免該問題，強烈建議在一個鉤子中執行一系列操作。

• Hook線程會延遲JVM的關閉時間，這就要求在編寫鉤子過程中必須要盡可能的減少Hook線程的執行時間，避免hook線程中出現耗時的計算、等待用戶I/O等等操作。

• 關閉鉤子執行過程中可能被強制打斷,比如在操作系統關機時，操作系統會等待進程停止，等待超時，進程仍未停止，操作系統會強制的殺死該進程，在這類情況下，關閉鉤子在執行過程中被強制中止。

• 在關閉鉤子中，不能執行注冊、移除鉤子的操作，JVM將關閉鉤子序列初始化完畢后，不允許再次添加或者移除已經存在的鉤子，否則JVM拋出 IllegalStateException。

• 不能在鉤子調用System.exit()，否則卡住JVM的關閉過程，但是可以調用Runtime.halt()。

• Hook線程中同樣會拋出異常，對于未捕捉的異常，線程的默認異常處理器處理該異常，不會影響其他hook線程以及JVM正常退出。

為了保障應用重啟過程中異步操作的執行，避免強制退出JVM可能產生的各種問題，我們可以采用關閉鉤子、自定義信號的方式，主動的通知JVM退出，并在JVM關閉前，執行應用程序的一些掃尾工作，進一步保證應用程序可以安全的退出。

看完上述內容，你們對JVM怎么實現安全退出有進一步的了解嗎？如果還想了解更多知識或者相關內容，請關注億速云行業資訊頻道，感謝大家的支持。