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你们的优雅停机真的优雅吗?
来源:cnblogs  作者:京东云开发者  时间:2023/8/16 9:14:59  对本文有异议

1.前言

emm,又又遇到问题啦,现有业务系统应用上线存在窗口期,不能满足正常任务迭代上线。在非窗口期上线容易导致数据库、mq、jsf等线程中断,进而导致需要手动修单问题。故而通过添加优雅停机功能进行优化,令其在上线前选择优雅停机后,会优先断掉新流量的涌入,并预留一定时间处理现存连接,最后完全下线,可有效扩大上线预留窗口时间并降低上线期间线程中断,进而降低手动修单。可是什么是优雅停机呢?为什么现有的系统技术没有原生的优雅停机机制呢?通过调研整理文章如下。

2.何为优雅停机?

? 优雅停机是指为确保应用关闭时,通知应用进程释放所占用的资源。

? 线程池,shutdown(不接受新任务等待处理完)还是shutdownNow(调用Thread.interrupt进行中断)。

? socket链接,比如:netty、jmq、fmq。(需要着重处理)

? 告知注册中心快速下线,比如jsf。(需要着重处理)

? 清理临时文件。

? 各种堆内堆外内存释放。

总之,进程强行终止会带来数据丢失或者终端无法恢复到正常状态,在分布式环境下可能导致数据不一致的情况。

3.导致优雅停机不优雅的元凶之-kill命令

? kill指令

? kill -15 :kill指令默认就是-15,知识发送一个SIGTERM信号通知进程终止,由进程自行决定怎么做,即进程不一定终止。一般不直接使用kill -15,不一定能够终止进程。

? kill -9:强制终止进程,进程会被立刻终止。kill -9 过于暴力,往往会出现事务执行、业务处理中断的情况,导致数据库中存在脏数据、系统中存在残留文件等情况。如果要使用kill -9,尽量先使用kill -15给进程一个处理善后的机会。该命令可以模拟一次系统宕机,系统断电等极端情况。

? kill -2:类似Ctrl + C退出,会先保存相关数据再终止进程。kill -2立刻终止正在执行的代码->保存数据->终止进程,只是在进程终止之前会保存相关数据,依然会出现事务执行、业务处理中断的情况,做不到优雅停机。

4.引申问题:jvm如何接受处理linux信号量的?

? 在jvm启动时就加载了自定义SingalHandler关闭jvm时触发对应的handle。

  1. public interface SignalHandler {
  2. SignalHandler SIG_DFL = new NativeSignalHandler(0L);
  3. SignalHandler SIG_IGN = new NativeSignalHandler(1L);
  4. void handle(Signal var1);
  5. }
  6. class Terminator {
  7. private static SignalHandler handler = null;
  8. Terminator() {
  9. }
  10. //jvm设置SignalHandler,在System.initializeSystemClass中触发
  11. static void setup() {
  12. if (handler == null) {
  13. SignalHandler var0 = new SignalHandler() {
  14. public void handle(Signal var1) {
  15. Shutdown.exit(var1.getNumber() + 128);//调用Shutdown.exit
  16. }
  17. };
  18. handler = var0;
  19. try {
  20. Signal.handle(new Signal("INT"), var0);//中断时
  21. } catch (IllegalArgumentException var3) {
  22. }
  23. try {
  24. Signal.handle(new Signal("TERM"), var0);//终止时
  25. } catch (IllegalArgumentException var2) {
  26. }
  27. }
  28. }
  29. }

? Runtime.addShutdownHook。在了解Shutdown.exit之前,先看Runtime.getRuntime().addShutdownHook(shutdownHook);则是为jvm中增加一个关闭的钩子,当jvm关闭的时候调用。

  1. public class Runtime {
  2. public void addShutdownHook(Thread hook) {
  3. SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
  4. if (sm != null) {
  5. sm.checkPermission(new RuntimePermission("shutdownHooks"));
  6. }
  7. ApplicationShutdownHooks.add(hook);
  8. }
  9. }
  10. class ApplicationShutdownHooks {
  11. /* The set of registered hooks */
  12. private static IdentityHashMap<Thread, Thread> hooks;
  13. static synchronized void add(Thread hook) {
  14. if(hooks == null)
  15. throw new IllegalStateException("Shutdown in progress");
  16. if (hook.isAlive())
  17. throw new IllegalArgumentException("Hook already running");
  18. if (hooks.containsKey(hook))
  19. throw new IllegalArgumentException("Hook previously registered");
  20. hooks.put(hook, hook);
  21. }
  22. }
  23. //它含数据结构和逻辑管理虚拟机关闭序列
  24. class Shutdown {
  25. /* Shutdown 系列状态*/
  26. private static final int RUNNING = 0;
  27. private static final int HOOKS = 1;
  28. private static final int FINALIZERS = 2;
  29. private static int state = RUNNING;
  30. /* 是否应该运行所以finalizers来exit? */
  31. private static boolean runFinalizersOnExit = false;
  32. // 系统关闭钩子注册一个预定义的插槽.
  33. // 关闭钩子的列表如下:
  34. // (0) Console restore hook
  35. // (1) Application hooks
  36. // (2) DeleteOnExit hook
  37. private static final int MAX_SYSTEM_HOOKS = 10;
  38. private static final Runnable[] hooks = new Runnable[MAX_SYSTEM_HOOKS];
  39. // 当前运行关闭钩子的钩子的索引
  40. private static int currentRunningHook = 0;
  41. /* 前面的静态字段由这个锁保护 */
  42. private static class Lock { };
  43. private static Object lock = new Lock();
  44. /* 为native halt方法提供锁对象 */
  45. private static Object haltLock = new Lock();
  46. static void add(int slot, boolean registerShutdownInProgress, Runnable hook) {
  47. synchronized (lock) {
  48. if (hooks[slot] != null)
  49. throw new InternalError("Shutdown hook at slot " + slot + " already registered");
  50. if (!registerShutdownInProgress) {//执行shutdown过程中不添加hook
  51. if (state > RUNNING)//如果已经在执行shutdown操作不能添加hook
  52. throw new IllegalStateException("Shutdown in progress");
  53. } else {//如果hooks已经执行完毕不能再添加hook。如果正在执行hooks时,添加的槽点小于当前执行的槽点位置也不能添加
  54. if (state > HOOKS || (state == HOOKS && slot <= currentRunningHook))
  55. throw new IllegalStateException("Shutdown in progress");
  56. }
  57. hooks[slot] = hook;
  58. }
  59. }
  60. /* 执行所有注册的hooks
  61. */
  62. private static void runHooks() {
  63. for (int i=0; i < MAX_SYSTEM_HOOKS; i++) {
  64. try {
  65. Runnable hook;
  66. synchronized (lock) {
  67. // acquire the lock to make sure the hook registered during
  68. // shutdown is visible here.
  69. currentRunningHook = i;
  70. hook = hooks[i];
  71. }
  72. if (hook != null) hook.run();
  73. } catch(Throwable t) {
  74. if (t instanceof ThreadDeath) {
  75. ThreadDeath td = (ThreadDeath)t;
  76. throw td;
  77. }
  78. }
  79. }
  80. }
  81. /* 关闭JVM的操作
  82. */
  83. static void halt(int status) {
  84. synchronized (haltLock) {
  85. halt0(status);
  86. }
  87. }
  88. //JNI方法
  89. static native void halt0(int status);
  90. // shutdown的执行顺序:runHooks > runFinalizersOnExit
  91. private static void sequence() {
  92. synchronized (lock) {
  93. /* Guard against the possibility of a daemon thread invoking exit
  94. * after DestroyJavaVM initiates the shutdown sequence
  95. */
  96. if (state != HOOKS) return;
  97. }
  98. runHooks();
  99. boolean rfoe;
  100. synchronized (lock) {
  101. state = FINALIZERS;
  102. rfoe = runFinalizersOnExit;
  103. }
  104. if (rfoe) runAllFinalizers();
  105. }
  106. //Runtime.exit时执行,runHooks > runFinalizersOnExit > halt
  107. static void exit(int status) {
  108. boolean runMoreFinalizers = false;
  109. synchronized (lock) {
  110. if (status != 0) runFinalizersOnExit = false;
  111. switch (state) {
  112. case RUNNING: /* Initiate shutdown */
  113. state = HOOKS;
  114. break;
  115. case HOOKS: /* Stall and halt */
  116. break;
  117. case FINALIZERS:
  118. if (status != 0) {
  119. /* Halt immediately on nonzero status */
  120. halt(status);
  121. } else {
  122. /* Compatibility with old behavior:
  123. * Run more finalizers and then halt
  124. */
  125. runMoreFinalizers = runFinalizersOnExit;
  126. }
  127. break;
  128. }
  129. }
  130. if (runMoreFinalizers) {
  131. runAllFinalizers();
  132. halt(status);
  133. }
  134. synchronized (Shutdown.class) {
  135. /* Synchronize on the class object, causing any other thread
  136. * that attempts to initiate shutdown to stall indefinitely
  137. */
  138. sequence();
  139. halt(status);
  140. }
  141. }
  142. //shutdown操作,与exit不同的是不做halt操作(关闭JVM)
  143. static void shutdown() {
  144. synchronized (lock) {
  145. switch (state) {
  146. case RUNNING: /* Initiate shutdown */
  147. state = HOOKS;
  148. break;
  149. case HOOKS: /* Stall and then return */
  150. case FINALIZERS:
  151. break;
  152. }
  153. }
  154. synchronized (Shutdown.class) {
  155. sequence();
  156. }
  157. }
  158. }

5.Spring 中是如何实现优雅停机的?

? 以Spring3.2.12spring中通过ContexClosedEvent事件来触发一些动作,主要通过LifecycleProcessor.onClose来做stopBeans。由此可见spring也基于jvm做了扩展。

  1. public abstract class AbstractApplicationContext extends DefaultResourceLoader {
  2. public void registerShutdownHook() {
  3. if (this.shutdownHook == null) {
  4. // No shutdown hook registered yet.
  5. this.shutdownHook = new Thread() {
  6. @Override
  7. public void run() {
  8. doClose();
  9. }
  10. };
  11. Runtime.getRuntime().addShutdownHook(this.shutdownHook);
  12. }
  13. }
  14. protected void doClose() {
  15. boolean actuallyClose;
  16. synchronized (this.activeMonitor) {
  17. actuallyClose = this.active && !this.closed;
  18. this.closed = true;
  19. }
  20. if (actuallyClose) {
  21. if (logger.isInfoEnabled()) {
  22. logger.info("Closing " + this);
  23. }
  24. LiveBeansView.unregisterApplicationContext(this);
  25. try {
  26. //发布应用内的关闭事件
  27. publishEvent(new ContextClosedEvent(this));
  28. }
  29. catch (Throwable ex) {
  30. logger.warn("Exception thrown from ApplicationListener handling ContextClosedEvent", ex);
  31. }
  32. // 停止所有的Lifecycle beans.
  33. try {
  34. getLifecycleProcessor().onClose();
  35. }
  36. catch (Throwable ex) {
  37. logger.warn("Exception thrown from LifecycleProcessor on context close", ex);
  38. }
  39. // 销毁spring 的 BeanFactory可能会缓存单例的 Bean.
  40. destroyBeans();
  41. // 关闭当前应用上下文(BeanFactory)
  42. closeBeanFactory();
  43. // 执行子类的关闭逻辑
  44. onClose();
  45. synchronized (this.activeMonitor) {
  46. this.active = false;
  47. }
  48. }
  49. }
  50. }
  51. public interface LifecycleProcessor extends Lifecycle {
  52. /**
  53. * Notification of context refresh, e.g. for auto-starting components.
  54. */
  55. void onRefresh();
  56. /**
  57. * Notification of context close phase, e.g. for auto-stopping components.
  58. */
  59. void onClose();
  60. }

6.SpringBoot是如何做到优雅停机的?

? 优雅停机是springboot的特性之一,在收到终止信号后,不再接受、处理新请求,但会在终止进程之前预留一小段缓冲时间,已完成正在处理的请求。注:优雅停机需要在tomcat的9.0.33及其之后的版本才支持

? springboot中有spring-boot-starter-actuator模块提供了一个restful接口,用于优雅停机。执行请求curl -X POST http://127.0.0.1:8088/shutdown。待关闭成功则返回提示。注:线上环境url需要设置权限,可配合spring-security使用火灾nginx限制内网访问``。

  1. #启用shutdown
  2. endpoints.shutdown.enabled=true
  3. #禁用密码验证
  4. endpoints.shutdown.sensitive=false
  5. #可统一指定所有endpoints的路径
  6. management.context-path=/manage
  7. #指定管理端口和IP
  8. management.port=8088
  9. management.address=127.0.0.1
  10. #开启shutdown的安全验证(spring-security)
  11. endpoints.shutdown.sensitive=true
  12. #验证用户名
  13. security.user.name=admin
  14. #验证密码
  15. security.user.password=secret
  16. #角色
  17. management.security.role=SUPERUSER

? springbootshutdown通过调用AbstractApplicationContext.close实现的。

  1. @ConfigurationProperties(
  2. prefix = "endpoints.shutdown"
  3. )
  4. public class ShutdownMvcEndpoint extends EndpointMvcAdapter {
  5. public ShutdownMvcEndpoint(ShutdownEndpoint delegate) {
  6. super(delegate);
  7. }
  8. //post请求
  9. @PostMapping(
  10. produces = {"application/vnd.spring-boot.actuator.v1+json", "application/json"}
  11. )
  12. @ResponseBody
  13. public Object invoke() {
  14. return !this.getDelegate().isEnabled() ? new ResponseEntity(Collections.singletonMap("message", "This endpoint is disabled"), HttpStatus.NOT_FOUND) : super.invoke();
  15. }
  16. }
  17. @ConfigurationProperties(
  18. prefix = "endpoints.shutdown"
  19. )
  20. public class ShutdownEndpoint extends AbstractEndpoint<Map<String, Object>> implements ApplicationContextAware {
  21. private static final Map<String, Object> NO_CONTEXT_MESSAGE = Collections.unmodifiableMap(Collections.singletonMap("message", "No context to shutdown."));
  22. private static final Map<String, Object> SHUTDOWN_MESSAGE = Collections.unmodifiableMap(Collections.singletonMap("message", "Shutting down, bye..."));
  23. private ConfigurableApplicationContext context;
  24. public ShutdownEndpoint() {
  25. super("shutdown", true, false);
  26. }
  27. //执行关闭
  28. public Map<String, Object> invoke() {
  29. if (this.context == null) {
  30. return NO_CONTEXT_MESSAGE;
  31. } else {
  32. boolean var6 = false;
  33. Map var1;
  34. class NamelessClass_1 implements Runnable {
  35. NamelessClass_1() {
  36. }
  37. public void run() {
  38. try {
  39. Thread.sleep(500L);
  40. } catch (InterruptedException var2) {
  41. Thread.currentThread().interrupt();
  42. }
  43. //这个调用的就是AbstractApplicationContext.close
  44. ShutdownEndpoint.this.context.close();
  45. }
  46. }
  47. try {
  48. var6 = true;
  49. var1 = SHUTDOWN_MESSAGE;
  50. var6 = false;
  51. } finally {
  52. if (var6) {
  53. Thread thread = new Thread(new NamelessClass_1());
  54. thread.setContextClassLoader(this.getClass().getClassLoader());
  55. thread.start();
  56. }
  57. }
  58. Thread thread = new Thread(new NamelessClass_1());
  59. thread.setContextClassLoader(this.getClass().getClassLoader());
  60. thread.start();
  61. return var1;
  62. }
  63. }
  64. }

7.知识拓展之Tomcat和Spring的关系?

通过参与云工厂优雅停机重构发现TomcatSpring均存在问题,故而查询探究两者之间。

? TomcatjetteyHTTP服务器Servlet容器,负责给类似Spring这种servlet提供一个运行的环境,其中:Http服务器与Servlet容器的功能界限是:可以把HTTP服务器想象成前台的接待,负责网络通信和解析请求,Servlet容器是业务部门,负责处理业务请求

? Tomcat和Servlet作为Web服务器Servlet容器的结合,可以接受网络http请求解析为Servlet规范的请求对象和响应对象。比如,HttpServletRequest对象是Tomcat提供的,Servlet是规范,Tomcat是实现规范的Servlet容器,SpringMVC是处理Servlet请求的应用,其中DispatcherServlet实现了Servlet接口,Tomcat负责加载和调用DispatcherServlet。同时,DispatcherServlet有自己的容器(SpringMVC)容器,这个容器负责管理SpringMVC相关的bean,比如Controler和ViewResolver等。同时,Spring中还有其他的Bean比如Service和DAO等,这些由全局的Spring IOC容器管理,因此,Spring有两个IOC容器。

? 如果只是使用spring(不包含springmvc),那么是tomcat容器解析xml文件,通过反射实例化对应的类,根据这些servlet规范实现类,触发对应的代码处理逻辑,这个时候tomcat负责http报文的解析和servlet调度的工作。

? 如果使用spring mvc,那么tomcat只是解析http报文,然后将其转发给dispatchsetvlet,然后由springmvc根据其配置,实例对应的类,执行对应的逻辑,然后返回结果给dispatchservlet,最后由它转发给tomcat,由tomcat负责构建http报文数据。

8.实战演练

? mqjmq、fmq)通过添加hook在停机时调用pause先停止该应用的消费,防止出现上线期间mq中线程池的线程中断的情况发生。

  1. /**
  2. * @ClassName ShutDownHook
  3. * @Description
  4. * @Date 2022/10/28 17:47
  5. **/
  6. @Component
  7. @Slf4j
  8. public class ShutDownHook {
  9. @Value("${shutdown.waitTime:10}")
  10. private int waitTime;
  11. @Resource
  12. com.jdjr.fmq.client.consumer.MessageConsumer fmqMessageConsumer;
  13. @Resource
  14. com.jd.jmq.client.consumer.MessageConsumer jmqMessageConsumer;
  15. @PreDestroy
  16. public void destroyHook() {
  17. try {
  18. log.info("ShutDownHook destroy");
  19. jmqMessageConsumer.pause();
  20. fmqMessageConsumer.pause();
  21. int i = 0;
  22. while (i < waitTime) {
  23. try {
  24. Thread.sleep(1000);
  25. log.info("距离服务关停还有{}秒", waitTime - i++);
  26. } catch (Throwable e) {
  27. log.error("异常", e);
  28. }
  29. }
  30. } catch (Throwable e) {
  31. log.error("异常", e);
  32. }
  33. }
  34. }

? 在优雅停机时需要先把jsf生产者下线,并预留一定时间消费完毕,行云部署有相关stop.sh脚本,项目中通过在shutdown中编写方法实现。

jsf启停分析:见京东内部cf文档;

  1. @Component
  2. @Lazy(value = false)
  3. public class ShutDown implements ApplicationContextAware {
  4. private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ShutDown.class);
  5. @Value("${shutdown.waitTime:60}")
  6. private int waitTime;
  7. @Resource
  8. com.jdjr.fmq.client.consumer.MessageConsumer fmqMessageConsumer;
  9. @PostConstruct
  10. public void init() {
  11. logger.info("ShutDownHook init");
  12. }
  13. private ApplicationContext applicationContext = null;
  14. @PreDestroy
  15. public void destroyHook() {
  16. try {
  17. logger.info("ShutDownHook destroy");
  18. destroyJsfProvider();
  19. fmqMessageConsumer.pause();
  20. int i = 0;
  21. while (i < waitTime) {
  22. try {
  23. Thread.sleep(1000);
  24. logger.info("距离服务关停还有{}秒", waitTime - i++);
  25. } catch (Throwable e) {
  26. logger.error("异常", e);
  27. }
  28. }
  29. } catch (Throwable e) {
  30. logger.error("异常", e);
  31. }
  32. }
  33. private void destroyJsfProvider() {
  34. logger.info("关闭所有JSF生产者");
  35. if (null != applicationContext) {
  36. String[] providerBeanNames = applicationContext.getBeanNamesForType(ProviderBean.class);
  37. for (String name : providerBeanNames) {
  38. try {
  39. logger.info("尝试关闭JSF生产者" + name);
  40. ProviderBean bean=(ProviderBean)applicationContext.getBean(name);
  41. bean.destroy();
  42. logger.info("关闭JSF生产者" + name + "成功");
  43. } catch (BeanCreationNotAllowedException re){
  44. logger.error("JSF生产者" + name + "未初始化,忽略");
  45. } catch (Exception e) {
  46. logger.error("关闭JSF生产者失败", e);
  47. }
  48. }
  49. }
  50. logger.info("所有JSF生产者已关闭");
  51. }
  52. @Override
  53. public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
  54. this.applicationContext = applicationContext;
  55. ((AbstractApplicationContext)applicationContext).registerShutdownHook();
  56. }
  57. }

? absfactory-base-custcenter应用优雅停机出现日志无法打印问题,排查定位发现问题如下:通过本地debug发现优雅停机先销毁logback日志打印线程,导致实际倒计时的日志无法打印。

  1. <!-- fix-程序关停时,logback先销毁的问题-->
  2. <context-param>
  3. <param-name>logbackDisableServletContainerInitializer</param-name>
  4. <param-value>true</param-value>
  5. </context-param>

9.总结

现有的springboot内置Tomcat能通过配置参数达到优雅停机的效果。但是因为业务系统中的代码中存在多种技术交叉应用,针对Tomcat和springmvc不同的应用确实需要花费时间研究底层原理来编写相关类实现同springboot配置参数托管的效果。

作者:京东科技 宋慧超

来源:京东云开发者社区

原文链接:https://www.cnblogs.com/Jcloud/p/17628171.html

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