JMH,全称 Java Microbenchmark Harness (微基准测试框架)

在日常开发中,我们对一些代码的调用或者工具的使用会存在多种选择方式,在不确定他们性能的时候,我们首先想要做的就是去测量它。大多数时候,我们会简单的采用多次计数的方式来测量,来看这个方法的总耗时。

但是,如果熟悉JVM类加载机制的话,应该知道JVM默认的执行模式是JIT编译与解释混合执行。JVM通过热点代码统计分析,识别高频方法的调用、循环体、公共模块等,基于JIT动态编译技术,会将热点代码转换成机器码,直接交给CPU执行。

也就是说,JVM会不断的进行编译优化,这就使得很难确定重复多少次才能得到一个稳定的测试结果?所以,很多有经验的同学会在测试代码前写一段预热的逻辑。

JMH,全称 Java Microbenchmark Harness (微基准测试框架),是专门用于Java代码微基准测试的一套测试工具API,是由 OpenJDK/Oracle 官方发布的工具。何谓 Micro Benchmark 呢?简单地说就是在 method 层面上的 benchmark,精度可以精确到微秒级。

Java的基准测试需要注意的几个点:

  • 测试前需要预热。
  • 防止无用代码进入测试方法中。
  • 并发测试。
  • 测试结果呈现。

JMH的使用场景:

  1. 定量分析某个热点函数的优化效果
  2. 想定量地知道某个函数需要执行多长时间,以及执行时间和输入变量的相关性
  3. 对比一个函数的多种实现方式

 

demo

依赖:

复制代码
<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
    <artifactId>jmh-core</artifactId>
    <version>${jmh.version}</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
    <artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>
    <version>${jmh.version}</version>
    <scope>provided</scope>
</dependency>
复制代码

这里我以测试LinkedList 通过index 方式迭代和foreach 方式迭代的性能差距为例子,编写测试类

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@State(Scope.Benchmark)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.SECONDS)
@Threads(Threads.MAX)
public class LinkedListIterationBenchMark {
 
    private static final int SIZE = 10000;
 
    private List<String> list = new LinkedList<>();
 
    @Setup
    public void setUp() {
        for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
            list.add(String.valueOf(i));
        }
    }
 
    @Benchmark
    @BenchmarkMode(Mode.Throughput)
    public void forIndexIterate() {
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            list.get(i);
            System.out.print("");
        }
    }
 
    @Benchmark
    @BenchmarkMode(Mode.Throughput)
    public void forEachIterate() {
        for (String s : list) {
            System.out.print("");
        }
    }
}

IDE中测试:

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/**
 * 仅限于IDE中运行
 * 命令行模式 则是 build 然后 java -jar 启动
 * <p>
 * 1. 这是benchmark 启动的入口
 * 2. 这里同时还完成了JMH测试的一些配置工作
 * 3. 默认场景下,JMH会去找寻标注了@Benchmark的方法,可以通过include和exclude两个方法来完成包含以及排除的语义
 */
public static void main(String[] args) throws RunnerException {
    Options opt = new OptionsBuilder()
            .include(LinkedListIterationBenchMark.class.getSimpleName()) // 可以用方法名,也可以用XXX.class.getSimpleName()
            .forks(3)//  forks(3)指的是做3轮测试,因为一次测试无法有效的代表结果,所以通过3轮测试较为全面的测试,而每一轮都是先预热,再正式计量。
            .warmupIterations(2)// 预热2轮
            .measurementIterations(2)// 代表正式计量测试做2轮,而每次都是先执行完预热再执行正式计量, 内容都是调用标注了@Benchmark的代码。
            .output("D:/Benchmark.log")
            .build();
 
    new Runner(opt).run();
}

测试结果:

Benchmark                                      Mode  Cnt    Score   Error  Units
LinkedListIterationBenchMark.forEachIterate   thrpt    2  481.343          ops/s
LinkedListIterationBenchMark.forIndexIterate  thrpt    2   65.249          ops/s

 

 

注解介绍

@BenchmarkMode

微基准测试类型。JMH 提供了以下几种类型进行支持:

类型描述
Throughput 每段时间执行的次数,一般是秒
AverageTime 平均时间,每次操作的平均耗时
SampleTime 在测试中,随机进行采样执行的时间
SingleShotTime 在每次执行中计算耗时
All 所有模式

 

@Warmup

这个单词的意思就是预热,iterations = 3就是指预热轮数。

@Measurement

正式度量计算的轮数。

  • iterations 进行测试的轮次
  • time 每轮进行的时长
  • timeUnit时长单位

@Threads

每个进程中的测试线程。

@Fork

进行 fork 的次数。如果 fork 数是3的话,则 JMH 会 fork 出3个进程来进行测试。

@OutputTimeUnit

基准测试结果的时间类型。一般选择秒、毫秒、微秒。

@Benchmark

方法级注解,表示该方法是需要进行 benchmark 的对象,用法和 JUnit 的 @Test 类似。

@Param

属性级注解,@Param 可以用来指定某项参数的多种情况。特别适合用来测试一个函数在不同的参数输入的情况下的性能。

@Setup

方法级注解,这个注解的作用就是我们需要在测试之前进行一些准备工作,比如对一些数据的初始化之类的。

@TearDown

方法级注解,这个注解的作用就是我们需要在测试之后进行一些结束工作,比如关闭线程池,数据库连接等的,主要用于资源的回收等。

@State

当使用@Setup参数的时候,必须在类上加这个参数,不然会提示无法运行。

就比如我上面的例子中,就必须设置state

State 用于声明某个类是一个“状态”,然后接受一个 Scope 参数用来表示该状态的共享范围。因为很多 benchmark 会需要一些表示状态的类,JMH 允许你把这些类以依赖注入的方式注入到 benchmark 函数里。Scope 主要分为三种。

  1. Thread: 该状态为每个线程独享。
  2. Group: 该状态为同一个组里面所有线程共享。
  3. Benchmark: 该状态在所有线程间共享。

 

 

 

参考:juejin.cn/post/6844903936869007368

更多的example可以参考官方给出的JMH samples (https://hg.openjdk.java.net/code-tools/jmh/file/tip/jmh-samples/src/main/java/org/openjdk/jmh/samples/)

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