聊聊各种可能导致 Node.js 进程退出的情况

在我们的服务发布后，难免会被运行环境（如容器、pm2 等）调度、升级服务导致重启、各种异常导致进程崩溃；一般情况下，运行环境都有对服务进程的健康监测，在进程异常时，会重新拉起进程，在升级时，也有滚动升级的策略。但运行环境的调度策略是把我们服务的进程当成黑盒来处理的，不会管服务进程内部的运行情况，因此需要我们的服务进程主动感知运行环境的调度动作，然后做一些退出的清理动作。

因此我们今天就是梳理各种可能导致 Node.js 进程退出的情况，以及我们可以通过监听这些进程退出事件做哪些事情。

原理

一个进程要退出，无非就是两种情况，一是进程自己主动退出，另外就是收到系统信号，要求进程退出。

系统信号通知退出

在 Node.js 官方文档 中列出了常见的系统信号，我们主要关注几个：

• SIGHUP：不通过 ctrl+c 停止进程，而是直接关闭命令行终端，会触发该信号
• SIGINT：按下 ctrl+c 停止进程时触发；pm2 重启或者停止子进程时，也会向子进程发送该信号
• SIGTERM：一般用于通知进程优雅退出，如 k8s 删除 pod 时，就会向 pod 发送 SIGTERM 信号，pod 可以在超时时间内（默认 30s）做一些退出清理动作
• SIGBREAK：在 window 系统上，按下 ctrl+break 会触发该信号
• SIGKILL：强制退出进程，进程无法做任何清理动作，执行命令 kill -9 pid，进程会收到该信号。k8s 删除 pod 时，如果超过 30s，pod 还没退出，k8s 会向 pod 发送 SIGKILL 信号，立即退出 pod 进程；pm2 在重启或者停止进程时，如果超过 1.6s，进程还没退出，也会发送 SIGKILL 信号

在收到非强制退出信号时，Node.js 进程可以监听退出信号，做一些自定义的退出逻辑。比如我们写了一个 cli 工具，需要比较长的时间执行任务，如果用户在任务执行完成前想要通过 ctrl+c 退出进程时，可以提示用户再等等：

const readline = require('readline');

process.on('SIGINT', () => {
  // 我们通过 readline 来简单地实现命令行里面的交互
  const rl = readline.createInterface({
    input: process.stdin,
    output: process.stdout
  });
  rl.question('任务还没执行完，确定要退出吗？', answer => {
    if (answer === 'yes') {
      console.log('任务执行中断，退出进程');
      process.exit(0);
    } else {
      console.log('任务继续执行...');
    }
    rl.close();
  });
});



// 模拟一个需要执行 1 分钟的任务
const longTimeTask = () => {
  console.log('task start...');
  setTimeout(() => {
    console.log('task end');
  }, 1000 * 60);
};

longTimeTask();

实现效果如下，每次按下 ctrl + c 都会提示用户：

进程主动退出

Node.js 进程主动退出，主要包含下面几种情况：

• 代码执行过程中触发了未捕获的错误，可以通过 process.on('uncaughtException') 监听这种情况
• 代码执行过程中触发了未处理的 promise rejection（Node.js v16 开始会导致进程退出），可以通过 process.on('unhandledRejection') 监听这种情况
• EventEmitter 触发了未监听的 error 事件
• 代码中主动调用 process.exit 函数退出进程，可以通过 process.on('exit') 监听
• Node.js 的事件队列为空，可简单认为没有需要执行的代码了，可以通过 process.on('exit') 监听

我们知道 pm2 有守护进程的效果，在你的进程发生错误退出时，pm2 会重启你的进程，我们也在 Node.js 的 cluster 模式下，实现一个守护子进程的效果（实际上 pm2 也是类似的逻辑）：

const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;
const process = require('process');

// 主进程代码
if (cluster.isMaster) {
  console.log(`启动主进程: ${process.pid}`);
  // 根据 cpu 核数，创建工作进程
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }
  // 监听工作进程退出事件
  cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
    console.log(`工作进程 ${worker.process.pid} 退出，错误码: ${code || signal}, 重启中...`);
    // 重启子进程
    cluster.fork();
  });
}

// 工作进程代码
if (cluster.isWorker) {
  // 监听未捕获错误事件
  process.on('uncaughtException', error => {
    console.log(`工作进程 ${process.pid} 发生错误`, error);
    process.emit('disconnect');
    process.exit(1);
  });
  // 创建 web server
  // 各个工作进程都会监听端口 8000（Node.js 内部会做处理，不会导致端口冲突）
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('hello world\n');
  }).listen(8000);
  console.log(`启动工作进程: ${process.pid}`);
}

应用实践

上面分析了 Node.js 进程退出的各种情况，现在我们来做一个监听进程退出的工具，在 Node.js 进程退出时，允许使用方执行自己的退出逻辑：

// exit-hook.js
// 保存需要执行的退出任务
const tasks = [];
// 添加退出任务
const addExitTask = fn => tasks.push(fn);
const handleExit = (code, error) => {  
  // ...handleExit 的实现见下面
};
// 监听各种退出事件
process.on('exit', code => handleExit(code));
// 按照 POSIX 的规范，我们用 128 + 信号编号 得到最终的退出码
// 信号编号参考下面的图片，大家可以在 linux 系统下执行 kill -l 查看所有的信号编号
process.on('SIGHUP', () => handleExit(128 + 1));
process.on('SIGINT', () => handleExit(128 + 2));
process.on('SIGTERM', () => handleExit(128 + 15));
// windows 下按下 ctrl+break 的退出信号
process.on('SIGBREAK', () => handleExit(128 + 21));
// 退出码 1 代表未捕获的错误导致进程退出
process.on('uncaughtException', error => handleExit(1, error));
process.on('unhandledRejection', error => handleExit(1, error));

信号编号：

接下来我们要实现真正的进程退出函数 handleExit，因为用户传入的任务函数可能是同步的，也可能是异步的；我们可以借助 process.nextTick 来保证用户的同步代码都已经执行完成，可以简单理解 process.nextTick 会在每个事件循环阶段的同步代码执行完成后执行（理解 process.nextTick）；针对异步任务，我们需要用户调用 callback 来告诉我们异步任务已经执行完成了:

// 标记是否正在退出，避免多次执行
let isExiting = false;
const handleExit = (code, error) => {
  if (isExiting) return;
  isExiting = true;

  // 标记已经执行了退出动作，避免多次调用
  let hasDoExit = fasle;
  const doExit = () => {
      if (hasDoExit) return;
      hasDoExit = true
      process.nextTick(() => process.exit(code))
  }

  // 记录有多少个异步任务
  let asyncTaskCount = 0;
  // 异步任务结束后，用户需要调用的回调
  let ayncTaskCallback = () => {
      process.nextTick(() => {
        asyncTaskCount--
        if (asyncTaskCount === 0) doExit() 
      })
  }
  // 执行所有的退出任务

  tasks.forEach(taskFn => {
      // 如果 taskFn 函数的参数个数大于 1，认为传递了 callback 参数，是一个异步任务
      if (taskFn.length > 1) {
         asyncTaskCount++
         taskFn(error, ayncTaskCallback)
      } else {
          taskFn(error)
      }
  });

  // 如果存在异步任务
  if (asyncTaskCount > 0) {
      // 超过 10s 后，强制退出
      setTimeout(() => {
          doExit();
      }, 10 * 1000)
  } else {
      doExit()
  }
};

至此，我们的进程退出监听工具就完成了，完整的实现可以查看这个开源库 async-exit-hook

https://github.com/darukjs/daruk-exit-hook

进程优雅退出

通常我们的 web server 在重启、被运行容器调度（pm2 或者 docker 等）、出现异常导致进程退出时，我们希望执行退出动作，如完成已经连接到服务的请求响应、清理数据库连接、打印错误日志、触发告警等，做完退出动作后，再退出进程，我们可以使用刚才的进程退出监听工具实现：

const http = require('http');

// 创建 web server
const server = http.createServer((req, res) => {
  res.writeHead(200);
  res.end('hello world\n');
}).listen(8000);

// 使用我们在上面开发的工具添加进程退出任务
addExitTask((error, callback) => {
   // 打印错误日志、触发告警、释放数据库连接等
   console.log('进程异常退出'， error)
   // 停止接受新的请求
   server.close((error) => {
       if (error) {
         console.log('停止接受新请求错误', error)
       } else {
         console.log('已停止接受新的请求')
       }
   })
   // 比较简单的做法是，等待一定的时间（这里我们等待 5s），让存量请求执行完毕
   // 如果要完全保证所有请求都处理完毕，需要记录每一个连接，在所有连接都释放后，才执行退出动作
   // 可以参考开源库 https://github.com/sebhildebrandt/http-graceful-shutdown
   setTimout(callback, 5 * 1000)
})

总结

通过上面的文字，相信你已经对导致 Node.js 进程退出的各种情况心里有数了。在服务上线后，虽然 k8s、pm2 等工具能够在进程异常退出时，不停地拉起进程，保证服务的可用性，但我们也应该在代码中主动感知进程的异常或者被调度的情况，从而能够更早发现问题。