Java中消息队列任务的平滑关闭详解

前言

消息队列中间件是分布式系统中重要的组件，主要解决应用解耦，异步消息，流量削锋等问题，实现高性能，高可用，可伸缩和最终一致性架构。目前使用较多的消息队列有ActiveMQ，RabbitMQ，ZeroMQ，Kafka，MetaMQ，RocketMQ

消息队列应用场景

消息队列在实际应用中常用的使用场景：异步处理，应用解耦，流量削锋和消息通讯四个场景。

本文主要给大家介绍的是关于Java中消息队列任务平滑关闭的相关内容，分享出来供大家参考学习，下面话不多说了，来一起看看详细的介绍吧。

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：

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）。
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 lujianing01@58.com
 * @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。

好了，以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对呐喊教程的支持。

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