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Golang使用channel实现一个优雅退出功能

Golang channel实现退出功能 Golang channel退出 Golang channel 2023-03-09 17:03:23 510人浏览安东尼

摘要

目录前言实现思路读源码HookEngine Status优雅退出自己实现适配 Hook适配 Engine Status适配 Graceful Shutdown总结前言最近补 gol

前言

最近补 golang channel 方面八股的时候发现用 channel 实现一个优雅退出功能好像不是很难，之前写的 Http 框架刚好也不支持优雅退出功能，于是就参考了 Hertz 优雅退出方面的代码，为我的 PIANO 补足了这个 feature。

Hertz

字节跳动开源社区 CloudWeGo 开源的一款高性能 HTTP 框架，具有高易用性、高性能、高扩展性等特点。

PIANO

笔者自己实现的轻量级 HTTP 框架，具有中间件，三种不同的路由（静态，通配，参数）方式，路由分组，优雅退出等功能，迭代发展中。

实现思路

通过一个 os.Signal 类型的 chan 接收退出信号，收到信号后进行对应的退出收尾工作，利用 context.WithTimeout 或 time.After 等方式设置退出超时时间防止收尾等待时间过长。

读源码

由于 Hertz 的 Hook 功能中的 ShutdownHook 是 graceful shutdown 的一环，并且 Hook 功能的实现也不是很难所以这里就一起分析了，如果不想看直接跳到后面的章节即可 :)

Hook

Hook 函数是一个通用的概念，表示某事件触发时所伴随的操作，Hertz 提供了 StartHook 和 ShutdownHook 用于在服务触发启动后和退出前注入用户自己的处理逻辑。

两种 Hook 具体是作为两种不同类型的 Hertz Engine 字段，用户可以直接以 append 的方式添加自己的 Hooks，下面是作为 Hertz Engine 字段的代码：

type Engine struct {
    ...
    
    // Hook functions get triggered sequentially when engine start
	OnRun []CtxErrCallback

	// Hook functions get triggered simultaneously when engine shutdown
	OnShutdown []CtxCallback
    
    ...
}

可以看到两者都是函数数组的形式，并且是公开字段，所以可以直接 append，函数的签名如下，OnShutdown 的函数不会返回 error 因为都退出了所以没法对错误进行处理：

// OnRun
type CtxCallback func(ctx context.Context)

// OnShutdown
type CtxErrCallback func(ctx context.Context) error

并且设置的 StartHook 会按照声明顺序依次调用，但是 ShutdownHook 会并发的进行调用，这里的实现后面会讲。

StartHook 的执行时机

触发 Server 启动后，框架会按函数声明顺序依次调用所有的 StartHook 函数，完成调用之后，才会正式开始端口监听，如果发生错误，则立刻终止服务。

上面是官方文档中描述的 StartHook 的执行时机，具体在源码中就是下面的代码：

func (engine *Engine) Run() (err error) {
	...

	// trigger hooks if any
	ctx := context.Background()
	for i := range engine.OnRun {
		if err = engine.OnRun[i](ctx); err != nil {
			return err
		}
	}

	return engine.listenAndServe()
}

熟悉或使用过 Hertz 的同学肯定知道 h.Spin() 方法调用后会正式启动 Hertz 的 HTTP 服务，而上面的 engine.Run 方法则是被 h.Spin 异步调用的。可以看到在 engine.Run 方法里循环调用 engine.OnRun 数组中注册的函数，最后执行完成完成并且没有 error 的情况下才会执行 engine.listenAndServe() 正式开始端口监听，和官方文档中说的一致，并且这里是通过 for 循环调用的所以也正如文档所说框架会按函数声明顺序依次调用。

ShutdownHook 的执行时机

Server 退出前，框架会并发地调用所有声明的 ShutdownHook 函数，并且可以通过 server.WithExitWaitTime配置最大等待时长，默认为5秒，如果超时，则立刻终止服务。

上面是官方文档中描述的 ShutdownHook 的执行时机，具体在源码中就是下面的代码：

func (engine *Engine) executeOnShutdownHooks(ctx context.Context, ch chan struct{}) {
	wg := sync.WaitGroup{}
	for i := range engine.OnShutdown {
		wg.Add(1)
		go func(index int) {
			defer wg.Done()
			engine.OnShutdown[index](ctx)
		}(i)
	}
	wg.Wait()
	ch <- struct{}{}
}

通过 sync.WaitGroup 保证每个 ShutdownHook 函数都执行完毕后给形参 ch 发送信号通知，注意这里每个 ShutdownHook 都起了一个协程，所以是并发执行，这也是官方文档所说的并发的进行调用。

服务注册与下线的执行时机

服务注册

Hertz 虽然是一个 HTTP 框架，但是 Hertz 的客户端和服务端可以通过注册中心进行服务发现并进行调用，并且 Hertz 也提供了大部分常用的注册中心扩展，在下面的 initOnRunHooks 方法中，通过注册一个 StartHook 调用 ReGIStry 接口的 Register 方法对服务进行注册。

func (h *Hertz) initOnRunHooks(errChan chan error) {
	// add register func to runHooks
	opt := h.GetOptions()
	h.OnRun = append(h.OnRun, func(ctx context.Context) error {
		go func() {
			// delay register 1s
			time.Sleep(1 * time.Second)
			if err := opt.Registry.Register(opt.RegistryInfo); err != nil {
				hlog.SystemLogger().Errorf("Register error=%v", err)
				// pass err to errChan
				errChan <- err
			}
		}()
		return nil
	})
}

取消注册

在 Shutdown 方法中进行调用 Deregister 取消注册，可以看到刚刚提到的 executeOnShutdownHooks 的方法在开始异步执行后就会进行取消注册操作。

func (engine *Engine) Shutdown(ctx context.Context) (err error) {
	...

	ch := make(chan struct{})
	// trigger hooks if any
	go engine.executeOnShutdownHooks(ctx, ch)

	defer func() {
		// ensure that the hook is executed until wait timeout or finish
		select {
		case <-ctx.Done():
			hlog.SystemLogger().Infof("Execute OnShutdownHooks timeout: error=%v", ctx.Err())
			return
		case <-ch:
			hlog.SystemLogger().Info("Execute OnShutdownHooks finish")
			return
		}
	}()

	if opt := engine.options; opt != nil && opt.Registry != nil {
		if err = opt.Registry.Deregister(opt.RegistryInfo); err != nil {
			hlog.SystemLogger().Errorf("Deregister error=%v", err)
			return err
		}
	}

	...
}

Engine Status

讲 graceful shutdown 之前最好了解一下 Hertz Engine 的 status 字段以获得更好的阅读体验ww

type Engine struct {
    ...
    
    // Indicates the engine status (Init/Running/Shutdown/Closed).
    status uint32
    
    ...
}

如上所示，status 是一个 uint32 类型的内部字段，用来表示 Hertz Engine 的状态，具体具有四种状态（Init 1, Running 2, Shutdown 3, Closed 4），由下面的常量定义。

const (
	_ uint32 = iota
	statusInitialized
	statusRunning
	statusshutdown
	statusClosed
)

下面列出了 Hertz Engine 状态改变的时机：

函数	状态改变前	状态改变后
engine.Init	0	Init (1)
engine.Run	Init (1)	Running (2)
engine.Shutdown	Running (2)	Shutdown (3)
engine.Run defer	?	Closed (4)

对状态的改变都是通过 atomic 包下的函数进行更改的，保证了并发安全。

优雅退出

Hertz Graceful Shutdown 功能的核心方法如下，signalToNotify 数组包含了所有会触发退出的信号，触发了的信号会传向 signals 这个 channel，并且 Hertz 会根据收到信号类型决定进行优雅退出还是强制退出。

// Default implementation for signal waiter.
// SIGTERM triggers immediately close.
// SIGHUP|SIGINT triggers graceful shutdown.
func waitSignal(errCh chan error) error {
	signalToNotify := []os.Signal{syscall.SIGINT, syscall.SIGHUP, syscall.SIGTERM}
	if signal.Ignored(syscall.SIGHUP) {
		signalToNotify = []os.Signal{syscall.SIGINT, syscall.SIGTERM}
	}

	signals := make(chan os.Signal, 1)
	signal.Notify(signals, signalToNotify...)

	select {
	case sig := <-signals:
		switch sig {
		case syscall.SIGTERM:
			// force exit
			return errors.New(sig.String()) // nolint
		case syscall.SIGHUP, syscall.SIGINT:
			hlog.SystemLogger().Infof("Received signal: %s\n", sig)
			// graceful shutdown
			return nil
		}
	case err := <-errCh:
		// error occurs, exit immediately
		return err
	}

	return nil
}

如果 engine.Run 方法返回了一个错误则会通过 errCh 传入 waitSignal 函数然后触发立刻退出。前面也提到 h.Spin() 是以异步的方式调用 engine.Run，waitSignal 则由 h.Spin() 直接调用，所以运行后 Hertz 会阻塞在 waitSignal 函数的 select 这里等待信号。

三个会触发 Shutdown 的信号区别如下：

syscall.SIGINT 表示中断信号，通常由用户在终端上按下 Ctrl+C 触发，用于请求程序停止运行；
syscall.SIGHUP 表示挂起信号，通常是由系统发送给进程，用于通知进程它的终端或控制台已经断开连接或终止，进程需要做一些清理工作；
syscall.SIGTERM 表示终止信号，通常也是由系统发送给进程，用于请求进程正常地终止运行，进程需要做一些清理工作；

如果 waitSignal 的返回值为 nil 则 h.Spin() 会进行优雅退出：

func (h *Hertz) Spin() {
	errCh := make(chan error)
	h.initOnRunHooks(errCh)
	go func() {
		errCh <- h.Run()
	}()

	signalWaiter := waitSignal
	if h.signalWaiter != nil {
		signalWaiter = h.signalWaiter
	}

	if err := signalWaiter(errCh); err != nil {
		hlog.SystemLogger().Errorf("Receive close signal: error=%v", err)
		if err := h.Engine.Close(); err != nil {
			hlog.SystemLogger().Errorf("Close error=%v", err)
		}
		return
	}

	hlog.SystemLogger().Infof("Begin graceful shutdown, wait at most num=%d seconds...", h.GetOptions().ExitWaitTimeout/time.Second)

	ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), h.GetOptions().ExitWaitTimeout)
	defer cancel()

	if err := h.Shutdown(ctx); err != nil {
		hlog.SystemLogger().Errorf("Shutdown error=%v", err)
	}
}

并且 Hertz 通过 context.WithTimeout 的方式设置了优雅退出的超时时长，默认为 5 秒，用户可以通过 WithExitWaitTime 方法配置 server 的优雅退出超时时长。将设置了超时时间的 ctx 传入 Shutdown 方法，如果 ShutdownHook 先执行完毕则 ch channel 收到信号后返回退出，否则 Context 超时收到信号强制返回退出。

func (engine *Engine) Shutdown(ctx context.Context) (err error) {
	...

	ch := make(chan struct{})
	// trigger hooks if any
	go engine.executeOnShutdownHooks(ctx, ch)

	defer func() {
		// ensure that the hook is executed until wait timeout or finish
		select {
		case <-ctx.Done():
			hlog.SystemLogger().Infof("Execute OnShutdownHooks timeout: error=%v", ctx.Err())
			return
		case <-ch:
			hlog.SystemLogger().Info("Execute OnShutdownHooks finish")
			return
		}
	}()

	...
	return
}

以上就是 Hertz 优雅退出部分的源码分析，可以发现 Hertz 多次利用了协程，通过 channel 传递信号进行流程控制和信息传递，并通过 Context 的超时机制完成了整个优雅退出流程。

自己实现

说是自己实现实际上也就是代码搬运工，把 Hertz 的 graceful shutdown 及其相关功能给 PIANO 进行适配罢了ww

代码实现都差不多，一些小细节根据我个人的习惯做了修改，完整修改参考这个 commit，对 PIANO 感兴趣的话欢迎 Star !

适配 Hook

type Engine struct {
    ...

	// hook
	OnRun      []HookFuncWithErr
	OnShutdown []HookFunc

	...
}

type (
	HookFunc        func(ctx context.Context)
	HookFuncWithErr func(ctx context.Context) error
)

func (e *Engine) executeOnRunHooks(ctx context.Context) error {
	for _, h := range e.OnRun {
		if err := h(ctx); err != nil {
			return err
		}
	}
	return nil
}

func (e *Engine) executeOnShutdownHooks(ctx context.Context, ch chan struct{}) {
	wg := sync.WaitGroup{}
	for _, h := range e.OnShutdown {
		wg.Add(1)
		go func(hook HookFunc) {
			defer wg.Done()
			hook(ctx)
		}(h)
	}
	wg.Wait()
	ch <- struct{}{}
}

适配 Engine Status

type Engine struct {
	...
    
	// initialized | running | shutdown | closed
	status uint32

    ...
}

const (
	_ uint32 = iota
	statusInitialized
	statusRunning
	statusShutdown
	statusClosed
)

适配 Graceful Shutdown

// Play the PIANO now
func (p *Piano) Play() {
	errCh := make(chan error)
	go func() {
		errCh <- p.Run()
	}()
	waitSignal := func(errCh chan error) error {
		signalToNotify := []os.Signal{syscall.SIGHUP, syscall.SIGINT, syscall.SIGTERM}
		if signal.Ignored(syscall.SIGHUP) {
			signalToNotify = signalToNotify[1:]
		}
		signalCh := make(chan os.Signal, 1)
		signal.Notify(signalCh, signalToNotify...)
		select {
		case sig := <-signalCh:
			switch sig {
			case syscall.SIGTERM:
				// force exit
				return errors.New(sig.String())
			case syscall.SIGHUP, syscall.SIGINT:
				// graceful shutdown
				log.Infof("---PIANO--- Receive signal: %v", sig)
				return nil
			}
		case err := <-errCh:
			return err
		}
		return nil
	}
	if err := waitSignal(errCh); err != nil {
		log.Errorf("---PIANO--- Receive close signal error: %v", err)
		return
	}
	log.Infof("---PIANO--- Begin graceful shutdown, wait up to %d seconds", p.Options().ShutdownTimeout/time.Second)
	ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), p.Options().ShutdownTimeout)
	defer cancel()
	if err := p.Shutdown(ctx); err != nil {
		log.Errorf("---PIANO--- Shutdown err: %v", err)
	}
}