静态语言在服务器编程时都会遇到这样的问题：如何保证已有的连接服务不中断同时又升级版本？
在上一篇介绍热升级的时候时候，讲到了通过信号通知nginx进行热升级。我们在这一篇中介绍下平滑重启go http server。

1.热更新大致思路
热更新目标：

• 1、正在处理中的连接/服务/请求不能立即中断，需要继续提供服务
• 2、socket对用户来说要保持可用，可以接受新的请求

直接沿用上篇的思路，热更新（单进程）流程，其基本流程如下：

• 1、用新的bin文件去替换老的bin文件
• 2、发送信号告知server进程（通常是USR2信号），进行平滑升级
• 3、server进程收到信号后，通过调用fork/exec 启动新的版本的进程
• 4、子进程调用接口获取从父进程继承的 socket 文件描述符重新监听 socket
• 5、老的进程不再接受请求，待正在处理中的请求处理完后，进程自动退出
• 6、子进程托管给init进程
  我们可以按照这个思路完成一个简单的可以热更新的http server。

2.简易的http server
首先，我们需要一个最简单的http server

func main() { fmt.Println("Hello World!") var err error// 注册http请求的处理方法 http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { w.Write([]byte("Hello world!")) })// 在8086端口启动http服务，其内部有一个循环accept 8086端口 // 每当新的HTTP请求过来则开一个协程处理 err = http.ListenAndServe("localhost:8086", nil) if err != nil { log.Println(err) }}

3.fork一个新的进程
在go语言里面可以有很多种方法fork一个新的进程，但是在这里我更倾向于推荐exec.Command接口来启动一个新的进程。因为Cmd struct中有一个ExtraFiles变量，子进程可以通过它直接继承文件描述符fd。

func forkProcess() error { var err error files := []*os.File{gListen.File()} //demo only one //.File() path := "/Users/yousa/work/src/graceful-restart-demo/graceful-restart-demo" args := []string{ "-graceful", } env := append( os.Environ(), "ENDLESS_CONTINUE=1", ) env = append(env, fmt.Sprintf(`ENDLESS_SOCKET_ORDER=%s`, "0,127.0.0.1")) cmd := exec.Command(path, args...) //cmd := exec.Command(path, "-graceful", "true") cmd.Stdout = os.Stdout cmd.Stderr = os.Stderr cmd.ExtraFiles = files cmd.Env = env err = cmd.Start() if err != nil { log.Fatalf("Restart: Failed to launch, error: %v", err) return err } return nil }

代码浅析：
在上面的files是存储父进程的文件描述符，path的内容是新的要替换的可执行文件的路径。
重要的一点是，.File()返回一个dup(2)的文件描述符。这个重复的文件描述符不会设置FD_CLOEXEC标志，这个文件描述符操作容易出错，容易被在子进程中被错误关闭。
在其他语言（或者go里面）里面你可能通过使用命令行将文件描述符传递给子进程，在这里比较推荐使用ExtraFile传递fd。不过ExtraFiles在windows中不支持。
args中传递的-graceful参数是告诉子进程这是优雅热升级的一部分，这样子进程可以通过它知道，自己需要重用套接字而不是重新打开一个新的套接字。
4.子进程初始化

func main() { fmt.Println("Hello World!") ...var gracefulChild bool var netListen net.Listener var err error args := os.Args ...if len(args) > 1 && args[1] == "-graceful" { gracefulChild = true } else { gracefulChild = false } fmt.Println("gracefulChild:", gracefulChild)if gracefulChild { //重用套接字 log.Print("main: Listening to existing file descriptor 3.") f := os.NewFile(3, "") netListen, err = net.FileListener(f) } else { log.Print("main: Listening on a new file descriptor.") netListen, err = net.Listen("tcp", gServer.Addr) } if err != nil { log.Fatal(err) return }... }

args用于解析入参，gracefulChild表示进程自己是否是子进程（对应到fork中的-graceful）（这里更推荐flag.BoolVar，但是写demo的时候使用起来有些问题，故临时使用args）
net.FileListener重用套接字，ExtraFiles中传递的套接字，从idx 3的位置开始获取。
5.给父进程发送信号停止父进程

func main() { //init ... if gracefulChild { syscall.Kill(syscall.Getppid(), syscall.SIGTERM) log.Println("Graceful shutdown parent process.") } //start http server. ... }

给父进程发送graceful shutdown信号
6.优雅停止父进程

等待请求超时或者处理完成退出进程

第一眼给人感觉，不知道该如何下手做热升级。
我们需要去跟踪连接，故想到的是有没有钩子函数来解决连接的accept和close，让人觉得Golang标准http包没有提供任何钩子来处理Accept()和Close()，这里恰恰是golang的interface的魅力所在。

interface基础知识请自行补充

我们需要一个sync.WaitGroup来跟踪已经打开的连接，每新accept一个连接则让其加一，每当连接断开则减一。定义一个listener struct并实现相应的Accept()、Close()、Addr()等方法。

type demoListener struct { net.Listener stopped bool stopchan error }func newDemoListener(listen net.Listener) (demoListen *demoListener) { demoListen = &demoListener{ Listener: listen, stop: make(chan error), } return }func (listen *demoListener) Accept() (conn net.Conn, err error) { conn, err = listen.Listener.Accept() if err != nil { return } conn = demoConn{Conn: conn} gWg.Add(1) return }func (listen *demoListener) Close() error { if listen.stopped { return syscall.EINVAL } listen.stopped = true return listen.Listener.Close() //停止接受新的连接 }//get fd func (listen *demoListener) File() *os.File { // returns a dup(2) - FD_CLOEXEC flag *not* set tcpListen := listen.Listener.(*net.TCPListener) fd, _ := tcpListen.File() return fd }

demoListener定义的时候，通过匿名结构体（可以理解为是一种组合），继承了net.Listener的结构和方法，下面的Accept和Close则重载了net.Listener的Accept和Close方法。
Listener在每个Accept()上都增加了一个等待组。
newDemoListener()是Listener的构造函数。
File()方法是从Listener中获取文件描述符fd
当然，我们需要重载连接net.Conn的Close()方法，在连接断开时，将wg减一

type demoConn struct { net.Conn }func (conn demoConn) Close() error { err := conn.Conn.Close() if err == nil { gWg.Done() }return nil }

最后，有可能客户端已经很长时间不发消息了，但是他不主动断开连接；为了避免这种情况，server端通常认为这种是连接超时，在一定时间后会将连接关闭，故初始化http.Server时比较建议这样:

gServer = &http.Server{ Addr:"0.0.0.0:8086", ReadTimeout:60 * time.Second, WriteTimeout:60 * time.Second, MaxHeaderBytes: 1 << 16, Handler:demoHandler{}, }

注意：若使用的go版本在1.8版本以上（包括），http包已经支持优雅退出，直接调用Shutdown()接口即可，更为简单。

关闭listener连接和监控信号的部分这里便不再赘述，文末附有源码，有兴趣可以看看。

测试结果：
启动server，发送http请求

YOUSALI-MB0:~ yousa$ curl -i http://localhost:8086 HTTP/1.1 200 OK Date: Mon, 05 Nov 2018 08:11:17 GMT Content-Length: 17 Content-Type: text/plain; charset=utf-8Hello Tencent!

发送usr2信号给server

YOUSALI-MB0:graceful-restart-demo yousa$ ps -ef | grep grace 501 50199 4113404:10下午 ttys0020:00.01 ./graceful-restart-demo 501 50252 4480804:11下午 ttys0030:00.00 grep grace YOUSALI-MB0:graceful-restart-demo yousa$ kill -USR2 50199 YOUSALI-MB0:graceful-restart-demo yousa$ ps -ef | grep grace 501 50253104:11下午 ttys0020:00.01 /Users/yousa/work/src/graceful-restart-demo/graceful-restart-demo -graceful 501 51460 4480804:37下午 ttys0030:00.00 grep grace## 终端打印 Hello World! gracefulChild: false 2018/11/05 16:10:16 main: Listening on a new file descriptor. 2018/11/05 16:11:10 50199 Received SIGUSR2. Hello World! gracefulChild: true 2018/11/05 16:11:10 main: Listening to existing file descriptor 3. 2018/11/05 16:11:10 Graceful shutdown parent process. 2018/11/05 16:11:10 50199 Received SIGTERM.

待升级后发送消息

YOUSALI-MB0:~ yousa$ curl -i http://localhost:8086 HTTP/1.1 200 OK Date: Mon, 05 Nov 2018 08:11:44 GMT Content-Length: 14 Content-Type: text/plain; charset=utf-8Happy 20th birthday!

7.遇到的问题
1、翻了下代码，并没有看到父进程如何退出？是怎样的流程？ 先看一下http ListenAndServe接口，它会调用net.Listen和serve.Serve两个函数，net.Listen是listen端口。
Serve代码如下，它是一个for循环，Accept一个新的连接后会用一个新的协程来处理请求；当listen的端口被关闭或者异常后，该Serve循环便会跳出

另外，也可以在这里看到，如果让http server接入协程池则可以重载http.Server的Serve，在收到新的连接后，从协程池中分配一个协程供新的连接使用。

func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error { defer l.Close() var tempDelay time.Duration // how long to sleep on accept failure for { rw, e := l.Accept() if e != nil { if ne, ok := e.(net.Error); ok && ne.Temporary() { if tempDelay == 0 { tempDelay = 5 * time.Millisecond } else { tempDelay *= 2 } if max := 1 * time.Second; tempDelay > max { tempDelay = max } srv.logf("http: Accept error: %v; retrying in %v", e, tempDelay) time.Sleep(tempDelay) continue } return e } tempDelay = 0 c, err := srv.newConn(rw) if err != nil { continue } c.setState(c.rwc, StateNew) // before Serve can return go c.serve() } }

再看一下shutdownProcess函数，故在这里关闭listen socket后，http Serve处理请求的主循环便会退出

func shutdownProcess() error { gServer.SetKeepAlivesEnabled(false) gListen.Close() log.Println("shutdownProcess success.") return nil }

将listen socket关闭后，main函数中的gServer.Serve(gListen)便会退出，但实际上已有的连接/服务并没有处理完成，需要使用waitgroup等待连接处理完成后，进程再退出。
8.github上的已有开源方案
解决golang http server热更新问题，有了基本的思路之后，想到的是去github看下有没有稳定的解决方案。找到了如下三个库：

• fvbock/endless - Zero downtime restarts for golang HTTP and HTTPS servers. (for golang 1.3+)
• facebookgo/grace - Grace provides a library that makes it easy to build socket based servers that can be gracefully terminated & restarted (that is, without dropping any connections).
• jpillora/overseer - Overseer is a package for creating monitorable, gracefully restarting, self-upgrading binaries in Go (golang)

其实除了这些外，还有一些支持热更新的库，但是更新时间过老，在这里就不作讨论了。当然，非常火爆的框架比如beego等，也支持热升级/gracefun shutdown，但是由于嵌入到了beego中，故本章中不作讨论，有兴趣的可以自行去看看。

9.实现浅析
我们使用官方的例子来简单分析其流程并简单比较其异同
1、各个开源库demo代码 demo代码较为冗长，很影响阅读观感，故贴在了最后的附录中
2、对比 操作步骤：

• 编译demo示例，启动示例进程，记录其pid
• 修改内容(Hello Tencent初始内容，修改为Happy 20th Birthday！且请求处理均需要sleep 10-20秒)，重新构建。
• 发送请求，发送热升级信号，再发送请求，对比两次请求内容
• 对比进程热升级前后的pid，是否与之前一致

结果对比

第三方库	第一次请求返回	第二次请求返回	操作前进程pid	操作后进程pid
facebookgo/grace	Hello Tencent	Happy 20th Birthday！	41992	41998
fvbock/endless	Hello Tencent	Happy 20th Birthday！	41200	41520
jpillora/overseer	Hello Tencent	Happy 20th Birthday！	43424	43424

原理浅析：
grace和endless的热升级方法与本文重点讲述的方法一致，基本是fork一个子进程，子进程listen端口，父进程优雅退出，这里便不再赘述

overseer的热升级与grace/endless有些不同，由于作者很久不更新了（差不多1-2年），也找不到比较好的介绍文章，故这里只能简要贴一下其github上对overseer的原理介绍。由于不是本文核心介绍内容，放在附录中。
overseer用一个主进程管理平滑重启，子进程处理连接，保持主进程pid不变；

优缺点对比：

• grace库支持net tcp热升级以及http热升级，endless仅支持http热升级
• grace库接入第三方http server较麻烦（比如fasthttp、gin等）；endless接入则只需要替换ListenAndServe即可（endless继承/重写了Serve方法），通用性更好
• grace库功能强大，但是稍微复杂；endless库更为简洁

由于我的项目使用了gin作为http框架，故考虑到快速集成，我选择了endless该框架

第三方库的对比经验：
主观因素：个人品味，是否要自己造轮子，朋友的推荐也对个人的判断也有很大影响；
客观因素：集成复杂度，内存管理，是否有大量I/O访问/耗性能访问，错误处理，工具参考文档等。

集成起来也非常方便，类似于如下：

func main() { router := gin.Default() router.GET("/", handler) // [...] endless.ListenAndServe(":8086", router) }

10.问题拓展
我其实又想了这些问题，也想抛出来与大家一起讨论

• 1、简单的http server很容易升级，若监听了多个端口该如何进行热升级？
  
• 2、若go server使用tls服务（其他也类似），如何进行升级？
  
• 3、go http server在容器场景下是否需要平滑热升级？平滑停机是否足够？如果平滑停机足够的话，那么如何结合docker+k8s进行热升级？
  

个人猜测了一下，这种场景下，后端服务应该会有冗余部署，前端通过负载均衡/elb/tgw等中间层访问，或者使用consul之类的服务注册发现机制，串行重启或者分批次重启，来做到不停服升级服务
11.总结
热更新目标：

• 1、正在处理中的连接/服务/请求不能立即中断，需要继续提供服务
  
• 2、socket对用户来说要保持可用，可以接受新的请求
  直接沿用上篇的思路，热更新（单进程）流程，其基本流程如下：
  
• 1、用新的bin文件去替换老的bin文件
  
• 2、发送信号告知server进程（通常是USR2信号），进行平滑升级
  
• 3、server进程收到信号后，通过调用 fork/exec 启动新的版本的进程
  
• 4、子进程调用接口获取从父进程继承的 socket 文件描述符重新监听 socket
  
• 5、老的进程不再接受请求，待正在处理中的请求处理完后，进程自动退出
  
• 6、子进程托管给init进程
  

12.参考

• https://grisha.org/blog/2014/06/03/graceful-restart-in-golang/
• https://blog.csdn.net/u012058778/article/details/78705536
• http://gulu-dev.com/post/2014-07-28-tech-evaluation
• https://golang.org/doc/go1.8#http_shutdown golang1.8升级日志，支持gracefulshutdown

13.代码附录
1、facebookgo/grace

// Command gracedemo implements a demo server showing how to gracefully // terminate an HTTP server using grace. package mainimport ( "flag" "fmt" "net/http" "os" "time" "github.com/facebookgo/grace/gracehttp" )var ( address0 = flag.String("a0", ":48567", "Zero address to bind to.") address1 = flag.String("a1", ":48568", "First address to bind to.") address2 = flag.String("a2", ":48569", "Second address to bind to.") now= time.Now() )func main() { flag.Parse() gracehttp.Serve( &http.Server{Addr: *address0, Handler: newHandler("Zero")}, &http.Server{Addr: *address1, Handler: newHandler("First ")}, &http.Server{Addr: *address2, Handler: newHandler("Second")}, ) }func newHandler(name string) http.Handler { mux := http.NewServeMux() mux.HandleFunc("/sleep/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { duration, err := time.ParseDuration(r.FormValue("duration")) if err != nil { http.Error(w, err.Error(), 400) return } time.Sleep(duration) fmt.Fprintf( w, "%s started at %s slept for %d nanoseconds from pid %d.\n", name, now, duration.Nanoseconds(), os.Getpid(), ) }) return mux }

2、fvbock/endless

package mainimport ( "log" "net/http" "os" "github.com/fvbock/endless" "github.com/gorilla/mux" )func handler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { w.Write([]byte("WORLD!")) }func main() { mux1 := mux.NewRouter() mux1.HandleFunc("/hello", handler). Methods("GET") err := endless.ListenAndServe("localhost:4242", mux1) if err != nil { log.Println(err) } log.Println("Server on 4242 stopped") os.Exit(0) }

3、jpillora/overseer

package mainimport ( "fmt" "net/http" "time" "github.com/jpillora/overseer" "github.com/jpillora/overseer/fetcher" )//see example.sh for the use-case// BuildID is compile-time variable var BuildID = "0"//convert your 'main()' into a 'prog(state)' //'prog()' is run in a child process func prog(state overseer.State) { fmt.Printf("app#%s (%s) listening...\n", BuildID, state.ID) http.Handle("/", http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { d, _ := time.ParseDuration(r.URL.Query().Get("d")) time.Sleep(d) fmt.Fprintf(w, "app#%s (%s) says hello\n", BuildID, state.ID) })) http.Serve(state.Listener, nil) fmt.Printf("app#%s (%s) exiting...\n", BuildID, state.ID) }//then create another 'main' which runs the upgrades //'main()' is run in the initial process func main() { overseer.Run(overseer.Config{ Program: prog, Address: ":5001", Fetcher: &fetcher.File{Path: "my_app_next"}, Debug:false, //display log of overseer actions }) }

4、overseer

• overseer uses the main process to check for and install upgrades and a child process to run Program.
  
• The main process retrieves the files of the listeners described by Address/es.
  
• The child process is provided with these files which is converted into a Listener/s for the Program to consume.
  
• All child process pipes are connected back to the main process.
  
• All signals received on the main process are forwarded through to the child process.
  
• Fetcher runs in a goroutine and checks for updates at preconfigured interval. When Fetcher returns a valid binary stream (io.Reader), the master process saves it to a temporary location, verifies it, replaces the current binary and initiates a graceful restart.
  
• The fetcher.HTTP accepts a URL, it polls this URL with HEAD requests and until it detects a change. On change, we GET the URL and stream it back out to overseer. See also fetcher.S3.
  
• Once a binary is received, it is run with a simple echo token to confirm it is a overseer binary.
  
• Except for scheduled restarts, the active child process exiting will cause the main process to exit with the same code. So, overseer is not a process manager.
  

【从nginx热更新聊一聊Golang中的热更新（下）】
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