Tomcat优雅关闭之路

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作者：马运杰

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本文通过阅读Tomcat启动和关闭流程的源码，深入分析不同的Tomcat关闭方式背后的原理，让开发人员能够了解在使用不同的关闭方式时需要注意的点，避免因JVM进程异常退出导致的各种非预见性错误。

一、 Tomcat的启动过程

要了解Tomcat关闭的原理，首先需要关注下Tomcat是如何启动的。这里我们简单介绍下。

Tomcat启动的入口是Bootstrap类中的main方法，而后根据server.xml中的配置，对Server、Service、Enigin、Connector、Host、Context等组件进行初始化，之后便是启动这些组件。我们重点来看下启动之后，Tomcat做了哪些工作。

在Tomcat的各组件启动完毕之后，main主线程会进入Catalina.out的await()方法，而此方法又是主要调用了Server组件的await()方法，从名字便可以看出，这个方法的目的是为了阻塞当前线程（main主线程）。

分析await的源码（源码比较长，这里截取了部分，全部的可以自行拉取Tomcat源码进行阅读）。

（StandardServer.await()）

我们发现await()方法主要是根据server.xml中Server节点port属性的设置做了以下几种工作：

• port为-2时，函数直接退出，此时主线程不会阻塞。

• port为-1时，将等待线程设置为当前线程，并且进入while循环，直到stopAwait标志位置为true

• port为其他时，则会新建一个socket服务端，该socket绑定了当前服务器的ip以及port端口，随后设置等待线程为当前线程，并且socket进入阻塞监听状态，直到socket监听到server.xml中预置的关闭字符串（默认是"SHUTDOWN"）

在主线程退出等待后，就会进入Tomcat的关闭流程，进行各个组件的stop和destroy操作。从上述分析可以看出，要想停止Tomcat，就是要中断main主线程的等待状态。

下图为Tomcat的整个生命周期。

（Tomcat生命周期）

二、常见的关闭Tomcat的方式

1、我们下载的Tomcat压缩包的bin目录下，有一个由官方提供的脚本（shutdown.sh），可以用来结束Tomcat进程。

2、服务器上，我们还可以利用kill -x命令来结束Tomcat进程。

3、此外，代码中的System.exit()以及OOM等异常情况的发生，也会导致Tomcat进程的关闭，但是这两者都不是正常的运维手段，在此我们不做分析。

三、shutdown脚本

1、shutdown.sh的原理

查看分析官方的shutdown.sh脚本以及catalina.sh脚本，发现这两个脚本最终是在调用Bootstrap类的main方法，和启动Tomcat时调用的是同一个方法，差异在于传入了"stop"作为main方法的参数，而传入了该参数的main方法，会调用Catalina类的stopServer()方法。在此我们抹去不需要关注的代码，可以把整个stopServer()方法简化为如下4步：

其主要做了两件事：

• 初始化Server组件，和Tomcat启动时类似，这一步主要是解析server.xml文件，然后根据server.xml中的属性初始化Tomcat组件的成员变量，这里主要关注Server组件的几个成员变量：port、address、shutdown，默认值分别为8005、127.0.0.1、SHUTDOWN等，需要和启动时读取的server.xml保持一致。

• 往address port所监听的Socket端口发生“SHUTDOWN”字符串。

至此，显而易见的，这对应了第一小节中的第三种阻塞情况，"SHUTDOWN"字符串让main主线程结束了等待状态，并在接下来通过调用各组件的stop()和destroy()方法进行资源的释放。

2、shutdown脚本的缺点

虽然shutdown脚本是由Tomcat官方出品，但是其在实际应用中并不广泛，主要是由于下面两个缺点：

• 从上述原理就可以分析出，shutdown脚本是基于启动时监听了相应的端口，这就允许任意人员，只要能够发送"SHUTDOWN"字符串到相应的端口，就可以对Tomcat进程进行关闭，这对于生产环境是相当危险的。所以一般生产环境会将Server的port属性设置为-1

• shutdown脚本只是结束了main主线程的等待状态，让其正常的走下去。我们知道，JVM中的线程分为守护线程和用户线程两种类型，守护线程会在所有用户线程结束后，自动回收，进而导致JVM进程的退出。main主线程是一个用户线程，但是随着程序越来越复杂，可能会出现很多其他的用户线程。比如我们平常开发过程中，常用的创建线程池的操作Executors.newFixedThreadPool(n) 便会创建n个用户线程，这些线程在main主线程退出后，并不会自动回收，从而阻止了JVM的正常退出。所以经常会发生调用了shutdown脚本，但是Tomcat进程无法退出的场景。

四、kill -x

1、kill -9 or kill -15

Linux中的kill -x操作是向目标进程发送对应的信号量。可以用kill -l命令查看每个数值所代表的信号量的值。

（kill信号量）

这里面，我们经常会使用kill-9这一命令，kill -9会立即强制结束当前进程，这个操作既方便，但同时也极具破坏性。在实际的环境中，我们可能有在running的任务，如果此时程序被强制关闭，便会导致当前任务数据的丢失，特别是时间特别长的任务，极有可能造成前功尽弃的局面。同时，如果程序设计不当，没有相应的幂等操作，还有可能会造成实际环境中数据缺失或者脏数据的产生，对生产环境造成致命的问题。

相比kill -9， kill -15（15只是一个例子，Linux中还有其他的中断信号）会相对优雅很多。kill -15是向进程发送一个TERM的中断信号量，在JVM接收到该信号量后，会响应中断，进而结束当前进程。而这一操作能够优雅关闭Tomcat的原因在于，JVM在结束当前进程前，会启动一系列名为shutdownhook（关闭钩子）的线程，而这些线程就会成为我们进行风险控制的工具。接下来我们首先看看Tomcat中的关闭钩子。

2、shutdownhook关闭钩子

Tomcat的关闭钩子的定义是在Catalina类中，有一个名为CatalinaShutdownHook内部类，继承了Thread类。跟着这个线程类中的run()方法往下看，其调用了Catalina的stop()方法，而此处stop方法，除了正常去停止各组件外，还会去中断并快速结束main主线程（如果主线程还存在的话），最后再调用各组件的destroy()方法进行资源释放。

（Tomcat中的shutdownhook）

除了Tomcat会使用关闭钩子外，很多中间件也会使用到这一非常重要的功能。

我们在平常的开发过程中也可以使用关闭钩子，可以在程序启动或者运行阶段通过调用Runtime.getRuntime().addShutdownHook(shutdownHook)方法进行钩子的添加，但要注意的是，需要在关闭的流程中加入移除钩子的代码。

Spring中当然也有关闭钩子的应用，并且还为我们使用关闭钩子提供了更为友好的编程体验。

在Spring中，关闭钩子是在AbstractApplicationContext.registerShutdownHook()方法中添加的（下图中的代码），而其关闭钩子的run方法则会调用destroyBeans()方法，其对所有继承了DisposableBean接口的类调用其destroy()方法。

读到这里我们就明白了，在平时开发时，如果有使用关闭钩子的需求，可以通过继承DisposableBean，并实现其destroy()，很方便的来达到我们回收资源，打扫战场的目的。

3、shutdownhook的使用注意点

shutdownhook在使用中也并不是可以随意乱用的，需要注意以下几点：

• shutdownhook的调用是不保证顺序的

• shutdownhook是JVM结束前调用的线程，所以该线程中的方法应尽量短，并且保证不能发生死锁的情况，否则也会阻止JVM的正常退出

• shutdownhook中不能执行System.exit()，否则会导致虚拟机卡住，而不得不强行杀死进程

五、总结

本文对Tomcat两种常用关闭方式的原理进行了解读，从上述分析可以看出，用shutdown.sh脚本控制Tomcat关闭的方式存在权限的风险，并且也会由于开发中的线程操作导致Tomcat无法关闭，所以这种方法在实际应用中使用情况较少。

而kill -15则能够安全的杀死Tomcat进程，并且由于JVM shutdownhook的存在，我们可以对整个程序关闭时进行更强有力的控制，退出过程也更为优雅，所以使用较为广泛。

当前题目：Tomcat优雅关闭之路
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