在java中使用JMH(Java Microbenchmark Harness)做性能測試

JMH的全稱是Java Microbenchmark Harness,是一個open JDK中用來做性能測試的套件。該套件已經被包含在了JDK 12中。

本文將會講解如何使用JMH來在java中做性能測試。

如果你使用的不是JDK 12,那麼需要添加如下依賴:

<code><dependency>
<groupid>org.openjdk.jmh/<groupid>
<artifactid>jmh-core/<artifactid>
<version>1.19/<version>
/<dependency>
<dependency>
<groupid>org.openjdk.jmh/<groupid>
<artifactid>jmh-generator-annprocess/<artifactid>
<version>1.19/<version>
/<dependency>
/<code>


使用JMH做性能測試

如果我們想測試某個方法的性能,一般來說就是重複執行某個方法n次,求出總的執行時間,然後求平均值。

但是這樣通常會有一些問題,比如程序的頭幾次執行通常會比較慢,因為JVM會對多次執行的代碼進行優化。另外得出的統計結果也不夠直觀,需要我們自行解析。

如果使用JMH可以輕鬆解決這些問題。

在JMH中,將要測試的方法添加@Benchmark註解即可:

<code>    @Benchmark 

public void measureThroughput() throws InterruptedException {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
}
/<code>


看下怎麼調用:

<code>    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
Options opt = new OptionsBuilder()
.include(BenchMarkUsage.class.getSimpleName())
// .include(BenchMarkUsage.class.getSimpleName()+".*measureThroughput*")
// 預熱3輪
.warmupIterations(3)
// 度量5輪
.measurementIterations(5)
.forks(1)
.build();

new Runner(opt).run();
}
/<code>

上面的例子,我們通過OptionsBuilder的include方法添加了需要進行測試的類。

默認情況下,該類的所有@Benchmark方法都將會被測試,如果我們只想測試其中的某個方法,我們可以在類後面加上方法的名字:

<code>.include(BenchMarkUsage.class.getSimpleName()+".*measureAll*")
/<code>

上面的代碼支持通配符。

warmupIterations(3)意思是在真正的執行前,先熱身三次。

measurementIterations(5)表示我們將方法運行5次來測試性能。

forks(1)表示啟動一個進程來執行這個任務。

上面是最基本的運行,我們看下運行結果:

<code># JMH version: 1.19
# VM version: JDK 1.8.0_171, VM 25.171-b11
# VM invoker: /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_171.jdk/Contents/Home/jre/bin/java
# VM options: -javaagent:/Applications/IntelliJ IDEA 2.app/Contents/lib/idea_rt.jar=55941:/Applications/IntelliJ IDEA 2.app/Contents/bin -Dfile.encoding=UTF-8
# Warmup: 3 iterations, 1 s each
# Measurement: 5 iterations, 1 s each
# Timeout: 10 min per iteration
# Threads: 1 thread, will synchronize iterations
# Benchmark mode: Throughput, ops/time
# Benchmark: com.flydean.BenchMarkUsage.measureThroughput

# Run progress: 26.66% complete, ETA 00:01:42
# Fork: 1 of 1
# Warmup Iteration 1: 9.727 ops/s
# Warmup Iteration 2: 9.684 ops/s
# Warmup Iteration 3: 9.678 ops/s
Iteration 1: 9.652 ops/s
Iteration 2: 9.678 ops/s
Iteration 3: 9.733 ops/s
Iteration 4: 9.651 ops/s
Iteration 5: 9.678 ops/s


Result "com.flydean.BenchMarkUsage.measureThroughput":
9.678 ±(99.9%) 0.129 ops/s [Average]
(min, avg, max) = (9.651, 9.678, 9.733), stdev = 0.034
CI (99.9%): [9.549, 9.808] (assumes normal distribution)
/<code>

ops/s 是每秒的OPS次數。程序會給出運行的最小值,平均值和最大值。同時給出標準差stdev和置信區間CI。

BenchmarkMode

上面的例子中, 我們只用了最簡單的@Benchmark。如果想實現更加複雜和自定義的BenchMark,我們可以使用@BenchmarkMode。

先舉個例子:

<code>    @Benchmark
@BenchmarkMode(Mode.Throughput)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.SECONDS)
public void measureThroughput() throws InterruptedException {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
}
/<code>

上面的例子中,我們指定了@BenchmarkMode(Mode.Throughput),Throughput的意思是整體吞吐量,表示給定的時間內執行的次數。

這裡我們通過 @OutputTimeUnit(TimeUnit.SECONDS)來指定時間單位。

Mode除了Throughput還有如下幾種模式:

  • AverageTime – 調用的平均時間
  • SampleTime – 隨機取樣,最後輸出取樣結果的分佈
  • SingleShotTime – 只會執行一次,通常用來測試冷啟動時候的性能。
  • All – 所有的benchmark modes。

Fork和Warmup

上面的例子中我們通過代碼來顯式的制定Fork和Warmup,我們也可以使用註解來實現:

<code>    @Fork(value = 1, warmups = 2)
@Warmup(iterations = 5)
/<code>

上面的例子中value表示該benchMark執行多少次,warmups表示fork多少個進程來執行。iterations表示warmup的iterations個數。

如果你同時在代碼中和註解中都配置了相關的信息,那麼註解將會覆蓋掉代碼中的顯示配置。

State和Scope

如果我們在多線程環境中使用beachMark,那麼多線程中用到的類變量是共享還是每個線程一個呢?

這個時候我們就要用到@State註解。

<code>@State(Scope.Benchmark)
public class StateUsage {
}
/<code>

Scope有三種:

  • Scope.Thread:默認的State,每個測試線程分配一個實例;
  • Scope.Benchmark:所有測試線程共享一個實例,用於測試有狀態實例在多線程共享下的性能;
  • Scope.Group:每個線程組共享一個實例;

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