如何保存/恢復Java應用程序核心內存數據現場？

0. 背景

不管是單體應用仍是分佈式應用，老是會有些許迭代或者緊急Fix bug上線的神操做。可是若是不是那麼幸運，當時還存在大量核心內存中數據在進行計算等邏輯，此時終止項目，就會出現核心數據或者狀態丟失的不利狀況，後續即便上線完成也要儘快追加數據。

那是否存在某種技巧???：在須要終止應用的時候，可以監聽到終止操做，並保存核心數據現場，而後再終止應用，然後在應用恢復後，再進行核心數據恢復。

答案是確定的。

0.1 技術儲備

Runtime.getRuntime().addShutdownHook(Thread thread);

咱們能夠藉助於JDK爲咱們所提供的上述鉤子方法。這個方法的意思就是在JVM中增長一個關閉的鉤子，當JVM關閉的時候，會執行系統中已經設置的全部經過方法addShutdownHook添加的鉤子，當系統執行完這些鉤子後，JVM纔會關閉。因此這些鉤子能夠在JVM關閉的時候進行內存清理、對象銷燬以及核心數據現場保存等操做。

1. 假設一種場景

1.1 保存現場，爲應用保駕護航

咱們應用程序運行中，在內存中存儲着Map<String, User>（用戶惟一標識符和用戶信息的映射關係），此時，忽然須要緊急處理某個bug並打包上線。

用戶映射關係已經創建好了，咱們總不能由於緊急上線就讓用戶從新登陸一次，只是爲了構建這個映射關係？？？這樣顯然不是很合理，其次還有用戶流失的風險，咱們怎麼能夠去冒着被大boss怒懟這般的大風險呢，搞很差年終獎尚未，哈哈哈哈哈……

那咱們換個思路，咱們要解決的問題是什麼呢？由於Map<String, User>是在內存中保存的，一但應用終止，內存資源釋放，內存中數據固然無存……因此，咱們的目標就是保存這個處於內存中的Map對象，對不對？那就簡單了，咱們能夠把這個對象序列化存儲到本地文件裏面不就行了嗎？是否是很簡單？而後呢，只須要在應用程序被終止前序列化且保存到本地文件，就能夠了。

理好了思路，那就開始Coding吧！

private static final HashMap<String, User> cacheData = new HashMap<>();
    private static final String filePath = System.getProperty("user.dir")
                                 + File.separator + "save_point.binary";

    Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                saveData();
            }
        });

    private static void saveData() {
        ObjectOutputStream oos = null;
        try {
            File cacheFile = new File(filePath);
            if (!cacheFile.exists()) {
                cacheFile.createNewFile();
            }
            oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(filePath));
            oos.writeObject(cacheData);
            oos.flush();
        } catch (IOException ex) {
            LOGGER.error("save memory data error", ex);
        } finally {
            try {
                if (oos != null) {
                    oos.close();
                }
            } catch (IOException ex) {
                LOGGER.error("close ObjectOutputStream error", ex);
            }
        }
    }

這樣咱們就能夠保證Map<String, User>這個映射關係保存好了。

1.2 恢復現場，讓應用快速飛翔

既然咱們保存了內存數據現場，那在應用啓動後，咱們相應的也須要進行數據現場恢復，這樣才能保證應用平滑過渡到終止前狀態，同時用戶還能無感知。

繼續Coding...

@PostConstruct
    public void resoverData() {
        ObjectInputStream ois = null;
        try {
            File cacheFile = new File(filePath);
            if (cacheFile.exists()) {
                ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(filePath));
                Map<String, User> cacheMap =
                                    (Map<String, User>) ois.readObject();
                for (Map.Entry<String, User> entry : cacheMap.entrySet()) {
                    cacheData.put(entry.getKey(), entry.getValue());
                }
                LOGGER.info("Recover memory data successfully, cacheData={}"
                                            , cacheData.toString());
            }
        } catch (Exception ex) {
            LOGGER.error("recover memory data error", ex);
        } finally {
            try {
                if (ois != null) {
                    ois.close();
                }
            } catch (IOException ex) {
                LOGGER.error("close ObjectInputStream error", ex);
            }
        }
    }

是否是整個過程似曾相識？沒錯，就是Java IO流 ObjectInputStream和ObjectOutputStream的應用。可是有一點須要注意，使用對象流的時候，須要保證被序列化的對象必須實現了Serializable接口，這樣才能正常使用。

應用總體調用邏輯以下（測試的時候，第一次須要正常調用generateAndPutData()方法，終止項目保存現場後，須要把generateAndPutData()註釋掉，看看時候正確恢復現場了。）：

@SpringBootApplication
    public class SavePointApplication {

    private static final Logger LOGGER =
                    LoggerFactory.getLogger(SavePointApplication.class);

    private static final HashMap<String, User> cacheData = new HashMap<>();
    private static final String filePath = System.getProperty("user.dir")
                    + File.separator + "save_point.binary";

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SavePointApplication.class, args);

        LOGGER.info("save_point filePath={}", filePath);
        generateAndPutData();

        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                saveData();
            }
        });
    }

    private static void generateAndPutData() {
        cacheData.put("test1", new User(1L, "testName1"));
        cacheData.put("test2", new User(2L, "testName2"));
        cacheData.put("test3", new User(3L, "testName3"));
    }

2. Fuck! 沒有保存現場?!

爲何應用程序終止時沒有保存現場狀態呢？那就要細說一下關閉鉤子(shutdown hooks)了。

• 若是JVM因異常關閉，那麼子線程（Hook本質上也是子線程）將不會中止。但在JVM被強行關閉時，這些線程都會被強行結束。
• 關閉鉤子本質是一個線程（也稱爲Hook線程），用來監聽JVM的關閉。經過Runtime的addShutdownHook能夠向JVM註冊一個關閉鉤子。Hook線程在JVM正常關閉纔會執行，強制關閉時不會執行。
• JVM中註冊的多個關閉鉤子是併發執行的，沒法保證執行順序，當全部Hook線程執行完畢，runFinalizersOnExit爲true,JVM會先運行終結器，而後中止。

因此，若是咱們直接使用的kill -9 processId命令直接強制關閉的應用程序，JVM都被強制關閉了，還怎麼運行咱們的Java代碼呢？嘿嘿，因此咱們能夠嘗試着用以下命令替代kill -9 processId:

kill processId
kill -2 processId
kill -15 processId

經過上述命令進行終止應用的時候，是否是咱們看到咱們項目下成功生成了 save_point.binary 文件了，哈哈哈哈哈……

3. 使用關閉鉤子有哪些注意事項呢？

• hook線程會延遲JVM的關閉時間，因此儘量減小執行時間。
• 關閉鉤子中不要調用system.exit()，會卡主JVM的關閉過程。可是能夠調用Runtime.halt()
• 不能在鉤子中進行鉤子的添加和刪除，會拋IllegalStateException
• 在system.exit()後添加的鉤子無效，由於此時JVM已經關閉了。
• 當JVM收到SIGTERM命令（好比操做系統在關閉時）後，若是鉤子線程在必定時間沒有完成，那麼Hook線程可能在執行過程當中被終止。
• Hook線程也會拋錯，若未捕獲，則鉤子的執行序列會被中止。