Java函數(shù)性能分析

測(cè)試函數(shù)性能，比較兩個(gè)函數(shù)的執(zhí)行效率差異是開發(fā)時(shí)經(jīng)常面臨的場(chǎng)景，像Go官方提供了 benchmark 工具，那么Java呢？

Java也提供了一款官方的微基準(zhǔn)測(cè)試工具: JMH !

• JMH 怎么使用？

  1. 引入 maven 依賴

     <dependency>
         <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
         <artifactId>jmh-core</artifactId>
         <version>1.23</version>
     </dependency>
     <dependency>
         <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
         <artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>
         <version>1.23</version>
         <scope>provided</scope>
     </dependency>
     

  2. 函數(shù)添加注解：@Benchmark

  3. 函數(shù)或所在類添加注解：

     • @BenchmarkMode 用來(lái)配置 Mode 選項(xiàng)

       • Throughput：整體吞吐量，每秒執(zhí)行了多少次調(diào)用，單位為 ops/time
       • AverageTime：用的平均時(shí)間，每次操作的平均時(shí)間，單位為 time/op
       • SampleTime：隨機(jī)取樣，最后輸出取樣結(jié)果的分布
       • SingleShotTime：只運(yùn)行一次，往往同時(shí)把 Warmup 次數(shù)設(shè)為 0，用于測(cè)試?yán)鋯?dòng)時(shí)的性能
       • All：上面的所有模式都執(zhí)行一次

     • @Warmup 預(yù)熱所需要配置的一些基本測(cè)試參數(shù)

       • iterations：預(yù)熱的次數(shù)
       • time：每次預(yù)熱的時(shí)間
       • timeUnit：時(shí)間的單位，默認(rèn)秒
       • batchSize：批處理大小，每次操作調(diào)用幾次方法

     • @Measurement 實(shí)際調(diào)用方法所需要配置的一些基本測(cè)試參數(shù)

     • @Threads 每個(gè)進(jìn)程中的測(cè)試線程

     • @Fork 進(jìn)行 fork 的次數(shù)。如果 fork 數(shù)是 2 的話，則 JMH 會(huì) fork 出兩個(gè)進(jìn)程來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

     • @State 可以指定一個(gè)對(duì)象的作用范圍。JMH 根據(jù) scope 來(lái)進(jìn)行實(shí)例化和共享操作。

       • Scope.Benchmark：所有測(cè)試線程共享一個(gè)實(shí)例，測(cè)試有狀態(tài)實(shí)例在多線程共享下的性能
       • Scope.Group：同一個(gè)線程在同一個(gè) group 里共享實(shí)例
       • Scope.Thread：默認(rèn)的 State，每個(gè)測(cè)試線程分配一個(gè)實(shí)例

     • @OutputTimeUnit 為統(tǒng)計(jì)結(jié)果的時(shí)間單位

     • @Param 指定某項(xiàng)參數(shù)的多種情況，特別適合用來(lái)測(cè)試一個(gè)函數(shù)在不同的參數(shù)輸入的情況下的性能，只能作用在字段上，使用該注解必須定義 @State 注解。

• 簡(jiǎn)單的代碼樣例參考？

  package org.example;
  
  import org.openjdk.jmh.annotations.*;
  import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
  import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
  import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;
  import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;
  
  import java.util.concurrent.TimeUnit;
  
  @BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
  @State(Scope.Thread)
  @Fork(1)
  @OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
  @Warmup(iterations = 3)
  @Measurement(iterations = 5)
  public class JmhTest {
      String string = "";
      StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
  
      @Benchmark
      public String stringAdd() {
          for (int i = 0; i < 1000; i++) {
              string = string + i;
          }
          return string;
      }
  
      @Benchmark
      public String stringBuilderAppend() {
          for (int i = 0; i < 1000; i++) {
              stringBuilder.append(i);
          }
          return stringBuilder.toString();
      }
  
      public static void main(String[] args) throws RunnerException {
          Options opt = new OptionsBuilder()
                  .include(JmhTest.class.getSimpleName())
                  .build();
          new Runner(opt).run();
      }
  }
  
  

使用JMH時(shí)需要注意

測(cè)試代碼注意避免JVM的優(yōu)化，導(dǎo)致JMH分析結(jié)果對(duì)你出現(xiàn)誤判。JMH運(yùn)行統(tǒng)計(jì)是基于JVM運(yùn)行，你的代碼在JVM運(yùn)行前會(huì)被JIT優(yōu)化。包括但不限于：

• 死碼消除

  @Benchmark
  public void testStringAdd(Blackhole blackhole) {
      String a = "";
      for (int i = 0; i < length; i++) {
          a += i;
      }
  }
  // JVM 可能會(huì)認(rèn)為變量 a 從來(lái)沒有使用過(guò)，從而進(jìn)行優(yōu)化把整個(gè)方法內(nèi)部代碼移除掉，這就會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。
  // MH 提供了兩種方式避免這種問題，一種是將這個(gè)變量作為方法返回值 return a，一種是通過(guò) Blackhole 的 consume 來(lái)避免 JIT 的優(yōu)化消除。
  

• 常量折疊
• 常量傳播
• .....(更多的陷阱demo參考： https://github.com/lexburner/JMH-samples)