從JDK原始碼看System.exit

超人汪小建發表於2019-03-04

前言

在編寫的Java程式中有時會遇到用 System.exit 來關閉JVM,其中呼叫 exit 方法時會包含一個狀態引數n,即System.exit(n)。這其實是一個約定值,如果為0則表示正常關閉,而非0則表示非正常關閉。這裡我們從JDK原始碼看下不同狀態都是怎麼處理的。

System與Runtime

先看System類的exit方法如下,可以看到它是間接呼叫了Runtime物件的exit方法。

public static void exit(int status) {
    Runtime.getRuntime().exit(status);
}複製程式碼

而Runtime的exit方法如下,先使用SecurityManager檢查是否有關閉JVM的許可權,允許執行則呼叫Shutdown的exit方法。

public void exit(int status) {
    SecurityManager security = System.getSecurityManager();
    if (security != null) {
        security.checkExit(status);
    }
    Shutdown.exit(status);
}複製程式碼

Shutdown

進入到Shutdown類的exit方法,Java層面還有自己的狀態state,它可能值為RUNNING、HOOKS和FINALIZERS,可以看到裡面的主要邏輯是:

  1. 不管什麼狀態下,status為非0時不執行任何Finalizer。
  2. 在RUNNING狀態下,狀態轉成HOOKS,然後先執行sequence方法,再執行halt方法停止JVM。
  3. 在FINALIZERS狀態下,status為非0時直接 就呼叫halt方法停止JVM了,而status為0時還需要執行所有的finalizer,之後才呼叫halt方法停止JVM。
     static void exit(int status) {
         boolean runMoreFinalizers = false;
         synchronized (lock) {
             if (status != 0) runFinalizersOnExit = false;
             switch (state) {
             case RUNNING:       
                 state = HOOKS;
                 break;
             case HOOKS:         
                 break;
             case FINALIZERS:
                 if (status != 0) {
                     halt(status);
                 } else {
                     runMoreFinalizers = runFinalizersOnExit;
                 }
                 break;
             }
         }
         if (runMoreFinalizers) {
             runAllFinalizers();
             halt(status);
         }
         synchronized (Shutdown.class) {
             sequence();
             halt(status);
         }
     }複製程式碼

    sequence方法主要是控制鉤子和Finalizer執行的順序,判斷狀態不為HOOKS則直接返回,然後執行所有的鉤子,把state改為FINALIZERS,最後執行所有finalizer。

    private static void sequence() {
         synchronized (lock) {
             if (state != HOOKS) return;
         }
         runHooks();
         boolean rfoe;
         synchronized (lock) {
             state = FINALIZERS;
             rfoe = runFinalizersOnExit;
         }
         if (rfoe) runAllFinalizers();
     }複製程式碼

halt方法

執行JVM是通過halt方法實現,這時System.exit(n)的狀態n繼續往下傳遞,最終是呼叫了一個本地的halt0方法。

static void halt(int status) {
    synchronized (haltLock) {
        halt0(status);
    }
}

static native void halt0(int status);複製程式碼

對應的本地方法如下,主要是呼叫了JVM_Halt函式,

JNIEXPORT void JNICALL
Java_java_lang_Shutdown_halt0(JNIEnv *env, jclass ignored, jint code)
{
    JVM_Halt(code);
}複製程式碼

繼續往下,JVM_Halt函式主要包含了before_exit函式和vm_exit函式,before_exit函式主要做退出前的一些工作,它只會被執行一次,在多個執行緒情況下只有獲取鎖的才能執行,其他執行緒都必須等。

JVM_ENTRY_NO_ENV(void, JVM_Halt(jint code))
  before_exit(thread);
  vm_exit(code);
JVM_END複製程式碼

而vm_exit函式如下,這裡code仍然是Java呼叫System.exit(n)時傳遞來的,最主要的是vm_direct_exit函式,它先向jvm發出關閉通知,然後再呼叫exit函式退出,狀態值繼續往下傳,這時的狀態值已經傳遞到作業系統的API。

void vm_exit(int code) {
  Thread* thread = ThreadLocalStorage::is_initialized() ?
    ThreadLocalStorage::get_thread_slow() : NULL;
  if (thread == NULL) {
    vm_direct_exit(code);
  }

  if (VMThread::vm_thread() != NULL) {
    VM_Exit op(code);
    if (thread->is_Java_thread())
      ((JavaThread*)thread)->set_thread_state(_thread_in_vm);
    VMThread::execute(&op); VM Thread.
    vm_direct_exit(code);
  } else {
    vm_direct_exit(code);
  }
  ShouldNotReachHere();
}複製程式碼
void vm_direct_exit(int code) {
  notify_vm_shutdown();
  os::wait_for_keypress_at_exit();
  ::exit(code);
}複製程式碼

總結

Java的System.exit(n)的狀態碼最終是傳遞到作業系統的API,所以它的含義與作業系統API的含義相關,當然這個過程Java還會有自己的一些機制工作需要處理。可以說目前大多數平臺都可以在 main 函式中直接 return退出程式,但某些平臺下不能這樣處理,所以為了相容需要使用 exit() 來退出。

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