Java 消息队列任务的平滑关闭

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来源：蛙牛，

my.oschina.net/lujianing/blog/787745

1.问题背景

对于消息队列任务的监听，我们一般使用Java写一个独立的程序，在Linux服务器上运行。当订阅者程序启动后，会通过消息队列客户端接收消息，放入线程池中并发的处理。

那么问题来了，当我们修改程序后，需要重新启动时，如何保证消息都能够被处理呢？

一些开源的消息队列中间件，会提供ACK机制（消息确认机制），当订阅者处理完消息后，会通知服务端删除对应消息，如果订阅者出现异常，服务端未收到确认消费，则会重试发送。

那如果消息队列中间件没有提供ACK机制，或者为了高吞度量的考虑关闭了ACK功能，如何最大可能保证消息都能够被处理呢？

正常来说，订阅者程序关闭后，消息会在队列中堆积，等待订阅者下次订阅消费，所以未接收的消息是不会丢失的。可能出现的问题就是在关闭的一瞬间，已经从消息队列中取出，但还没有被处理的消息。

因此我们需要一套平滑关闭的机制，保证在重启的时候，已接收的消息可以得到正常处理。

2.问题分析

平滑关闭的思路如下：

• 在关闭程序时，首先关闭消息订阅，保证不再接收新的消息。

• 关闭线程池，等待线程池中的消息处理完毕。

• 程序退出。

关闭消息订阅：消息队列的客户端都会提供关闭连接的方法，具体可以自行查看API。

关闭线程池：Java的ThreadPoolExecutor线程池提供shutdown()和shutdownNow()两个方法，区别是前者会等待线程池中的消息都处理完毕，后者会直接停止所有线程并返回未处理完的线程List。因为我们需要使用shutdown()方法进行关闭，并通过isTerminated()方法，判断线程池是否已经关闭。

那么问题又来了，我们如何通知到程序，需要执行关闭操作呢?

在Linux中，进程的关闭是通过信号传递的，我们可以用kill -9 pid关闭进程，除了-9之外，我们可以通过 kill -l，查看kill命令的其它信号量。

这里提供两种关闭方法：

1. 程序中添加Runtime.getRuntime().addShutdownHook钩子方法，SIGTERM,SIGINT,SIGHUP三种信号都会触发该方法（分别对应kill -1/kill -2/kill -15，Ctrl+C也会触发SIGINT信号）。

2. 程序中通过Signal类注册信号监听，比如USR2（对应kill -12），在handle方法中执行关闭操作。

补充说明：addShutdownHook方法和handle方法中如果再调用System.exit，会造成deadlock，使进程无法正常退出。

伪代码分别如下

Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {

    public void run() {

        //关闭订阅者

        //关闭线程池

        //退出

    }

});

//注册linux kill信号量  kill -12

Signal sig = new Signal("USR2");

Signal.handle(sig, new SignalHandler() {

    @Override

    public void handle(Signal signal) {

        //关闭订阅者

        //关闭线程池

        //退出

    }

});

模拟Demo

下面通过一个demo模拟相关逻辑操作

首先模拟一个生产者，每秒生产5个消息

然后模拟一个订阅者，收到消息后，放入线程池进行处理，线程池固定4个线程，每个线程处理时间1秒，这样线程池每秒会积压1个消息。

package com.lujianing.demo;

import sun.misc.Signal;

import sun.misc.SignalHandler;

import java.util.concurrent.*;

/**

 * @author [e-mail]

 * @Description:

 * @date 2016/11/14

 */

public class MsgClient {

    //模拟消费线程池 同时4个线程处理

    private static final ThreadPoolExecutor THREAD_POOL = (ThreadPoolExecutor) Executors.newFixedThreadPool(4);

    //模拟消息生产任务

    private static final ScheduledExecutorService SCHEDULED_EXECUTOR_SERVICE = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

    //用于判断是否关闭订阅

    private static volatile boolean isClose = false;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //注册钩子方法

        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {

            public void run() {

                close();

            }

        });

        BlockingQueue <String> queue = new ArrayBlockingQueue<String>(100);

        producer(queue);

        consumer(queue);

    }

    //模拟消息队列生产者

    private static void producer(final BlockingQueue  queue){

        //每200毫秒向队列中放入一个消息

        SCHEDULED_EXECUTOR_SERVICE.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {

            public void run() {

                queue.offer("");

            }

        }, 0L, 200L, TimeUnit.MILLISECONDS);

    }

    //模拟消息队列消费者 生产者每秒生产5个   消费者4个线程消费1个1秒  每秒积压1个

    private static void consumer(final BlockingQueue queue) throws InterruptedException {

        while (!isClose){

            getPoolBacklogSize();

            //从队列中拿到消息

            final String msg = (String)queue.take();

            //放入线程池处理

            if(!THREAD_POOL.isShutdown()) {

                THREAD_POOL.execute(new Runnable() {

                    public void run() {

                        try {

                            //System.out.println(msg);

                            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000L);

                        } catch (InterruptedException e) {

                            e.printStackTrace();

                        }

                    }

                });

            }

        }

    }

    //查看线程池堆积消息个数

    private static long getPoolBacklogSize(){

        long backlog = THREAD_POOL.getTaskCount()- THREAD_POOL.getCompletedTaskCount();

        System.out.println(String.format("[%s]THREAD_POOL backlog:%s",System.currentTimeMillis(),backlog));

        return backlog;

    }

    private static void close(){

        System.out.println("收到kill消息，执行关闭操作");

        //关闭订阅消费

        isClose = true;

        //关闭线程池，等待线程池积压消息处理

        THREAD_POOL.shutdown();

        //判断线程池是否关闭

        while (!THREAD_POOL.isTerminated()) {

            try {

                //每200毫秒 判断线程池积压数量

                getPoolBacklogSize();

                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200L);

            } catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();

            }

        }

        System.out.println("订阅者关闭，线程池处理完毕");

    }

    static {

        String osName = System.getProperty("os.name").toLowerCase();

        if(osName != null && osName.indexOf("window") == -1) {

            //注册linux kill信号量  kill -12

            Signal sig = new Signal("USR2");

            Signal.handle(sig, new SignalHandler() {

                @Override

                public void handle(Signal signal) {

                    close();

                }

            });

        }

    }

}

当我们在服务上运行时，通过控制台可以看到相关的输出信息，demo中输出了线程池的积压消息个数

java -cp /home/work/lujianing/msg-queue-client/* com.lujianing.demo.MsgClient

另打开一个终端，通过ps命令查看进程号，或者通过nohup启动Java进程拿到进程id

ps -fe|grep MsgClient

当我们执行kill -12 pid的时候 可以看到关闭业务逻辑

3.总结

其实不单单消息队列任务，在常见的RPC服务中也会见到类似的功能，比如58的SCF，在源码中，也会分别注册了USR2信号量和addShutdownHook钩子方法。

在重启脚本中，首先会发送kill -12命令，RPC服务收到信号后会修改Server状态为关闭。接着会发送kill -15命令，触发钩子方法，关闭所有的连接。

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