Java并发编程：优雅的关闭钩子（Shutdown Hook）

关闭钩子简介

当程序即将退出时（例如释放资源、关闭数据库连接等），可以通过预先注册一个或多个关闭钩子线程（Shutdown Hook）来执行相关操作。当 JVM 进程准备退出时，这些钩子线程会被触发并运行。

示例代码：

public class HookThreadDemo {
    privatestaticclass HookRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println("钩子线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 正在执行...");
                Thread.sleep(2000L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("钩子线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 执行结束");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        HookRunnable hookRunnable = new HookRunnable();
        // 添加钩子线程 0
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(hookRunnable));
        // 添加钩子线程 1
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(hookRunnable));
        System.out.println("主线程即将结束执行");
    }
}

输出结果：

主线程即将结束执行
钩子线程 Thread-0 正在执行...
钩子线程 Thread-1 正在执行...
钩子线程 Thread-1 执行结束
钩子线程 Thread-0 执行结束

当主线程执行完毕后，JVM 进程退出前，所有注册的钩子线程会被启动并执行。

关闭钩子应用场景

1. 释放资源：关闭文件句柄、数据库连接等，避免资源泄漏。
2. 停止服务：安全关闭服务器，确保所有请求处理完毕。
3. 发送通知：通过邮件或短信通知用户服务已停止。
4. 记录日志：保存系统状态或错误信息，便于后续排查问题。

数据库连接实战演示

以下代码演示如何用关闭钩子关闭数据库连接：

public class DatabaseConnection {
    privatestatic Connection conn;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程开始执行");
        initConnection(); // 初始化数据库连接
        System.out.println("执行数据查询与处理");

        // 注册关闭钩子
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> closeConnection()));
        System.out.println("主线程结束执行");
    }

    private static void initConnection() {
        try {
            Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
            conn = DriverManager.getConnection(
                "jdbc:mysql://localhost:3306/school_info?useSSL=true&",
                "root", "root"
            );
            System.out.println("数据库连接成功！");
        } catch (ClassNotFoundException | SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void closeConnection() {
        try {
            conn.close();
            System.out.println("数据库连接已关闭！");
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

输出结果：

主线程开始执行
数据库连接成功！
执行数据查询与处理
主线程结束执行
数据库连接已关闭！

使用关闭钩子的注意事项

1. 强制终止进程（如kill -9）不会触发钩子线程。
2. 避免耗时操作：钩子线程中不要执行长时间任务，否则会延迟 JVM 退出。
3. 禁止异常抛出：钩子线程中的异常可能导致 JVM 无法正常退出。
4. 注册顺序：按依赖关系注册钩子，先注册简单任务，后注册复杂任务。
5. 避免启动新线程：在钩子中启动新线程可能导致 JVM 无法正常关闭。

开源框架中的关闭钩子机制

1. Spring

在AbstractApplicationContext中，registerShutdownHook()方法注册钩子，用于关闭上下文：

public void registerShutdownHook() {
    if (this.shutdownHook == null) {
        this.shutdownHook = new Thread(() -> doClose());
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(this.shutdownHook);
    }
}

2. Tomcat

Tomcat 通过注册钩子确保服务关闭时释放资源：

public void registerShutdownHook() {
    if (this.shutdownHook == null) {
        this.shutdownHook = new Thread(() -> {
            synchronized (startupShutdownMonitor) {
                doClose();
            }
        });
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(this.shutdownHook);
    }
}

关闭钩子机制的原理

JVM 启动时，主线程会创建一个关闭线程（Shutdown Thread），并将所有注册的钩子添加到其任务列表中。当 JVM 收到终止信号时：

1. 停止所有用户线程。
2. 启动关闭线程，按顺序执行钩子任务。
3. 等待所有钩子执行完毕或超时后退出。

钩子的注册与执行

• 注册：通过Runtime.getRuntime().addShutdownHook(Thread)将线程添加到ApplicationShutdownHooks的静态列表中。
• 执行：关闭线程按顺序同步执行系统级钩子，异步执行应用级钩子，并等待所有线程完成。

关闭钩子的触发时机

1. 主动调用：通过Runtime.exit()或System.exit()触发。
2. 信号捕获：JVM 注册信号处理器（如INT、TERM），捕获kill命令发送的信号后触发。

示例代码（捕获信号）：

public class SignalHandlerTest implements SignalHandler {
    public static void main(String[] args) {
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> 
            System.out.println("关闭钩子正在运行...")));

        SignalHandler handler = new SignalHandlerTest();
        Signal.handle(new Signal("INT"), handler);  // 捕获 Ctrl+C
        Signal.handle(new Signal("TERM"), handler); // 捕获 kill 命令

        while (true) {
            System.out.println("主线程运行中...");
            Thread.sleep(2000);
        }
    }

    @Override
    public void handle(Signal signal) {
        System.out.println("接收到信号：" + signal.getName() + "-" + signal.getNumber());
        System.exit(0);
    }
}

输出示例：

主线程运行中...
主线程运行中...
^C接收到信号：INT-2
关闭钩子正在运行...

信号处理与守护线程

• 信号不可捕获的情况：KILL（9）和QUIT（3）无法被捕获。
• 守护线程：JVM 在所有用户线程结束后自动退出，守护线程（如 GC 线程）不会阻止 JVM 退出。

总结

Java 的关闭钩子机制覆盖了大部分退出场景，但以下情况例外：

• 使用kill -9强制终止进程时，钩子不会执行。
• 信号处理需调用System.exit()确保进程退出。

通过合理使用关闭钩子，可以实现资源释放、服务优雅关闭等关键功能。