【开发篇】十七、基准测试框架JMH

文章目录

1、JMH
2、运行方式二
3、死代码与黑洞变量
4、可视化分析
5、案例：日期格式化方法性能测试
6、总结
7、整合到SpringBoot

判断一个方法的耗时 ⇒ endTime-startTime ⇒ 不准确，首先部分对象懒加载，第一次请求会慢一些，其次，程序运行时，JIT即时编译器会实时优化代码，如随着执行次数的增加，程序性能逐渐优化：

在这里插入图片描述

⇒ JMH（Java Microbenchmark Harness）准确的测方法执行的性能

1、JMH

https://github.com/openjdk/jmh
JMH会先执行预热，确保JIT队代码优化之后再进行测试

在这里插入图片描述

JMH项目搭建，新建个空目录，执行mvn生成模块

 mvn archetype:generate \
-DinteractiveMode=false \
-DarchetypeGroupId=org.openjdk.jmh \
-DarchetypeArtifactId=jmh-java-benchmark-archetype \
-DgroupId=org.sample \
-DartifactId=test \
-Dversion=1.0

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写一个简单案例

//执行5轮预热，每次持续1秒
@Warmup(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
//启动多少个进程 + 追加JMV参数
@Fork(value = 1, jvmArgsAppend = {"-Xms1g", "-Xmx1g"})
//指定显示平均时间，单位纳秒。Mode.ALL显示所有数据
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
//纳秒
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
//变量共享的范围，对象在单个线程中共享就选Scope.Thread
@State(Scope.Benchmark)
public class MyBenchmark {@Benchmarkpublic int test1() {int i = 0;i++;return i;}}

mvn verfiy校验并生成jar包

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运行服务，得到结果

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2、运行方式二

每次打jar包运行很麻烦，改用一个main方法：

//执行5轮预热，每次持续1秒
@Warmup(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
//启动多少个进程 + 追加JMV参数
@Fork(value = 1, jvmArgsAppend = {"-Xms1g", "-Xmx1g"})
//指定显示平均时间，单位纳秒。Mode.ALL显示所有数据
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
//纳秒
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
//变量共享的范围，对象在单个线程中共享就选Scope.Thread
@State(Scope.Benchmark)
public class MyBenchmark {@Benchmarkpublic int test1() {int i = 0;i++;return i;}public static void main(String[] args) throws RunnerException {Options opt = new OptionsBuilder()//测哪个类.include(MyBenchmark.class.getSimpleName())//结果的格式，json文件//.resultFormat(ResultFormatType.JSON)//进程数.forks(1).build();new Runner(opt).run();}
}

结果相比jar包运行的方式略有出入，因为IDEA启动时自身会设置一些参数（所以要准确就建议用jar的方式）

在这里插入图片描述

3、死代码与黑洞变量

如下，定义的变量i，最后没有返回，JIT会认为i没有使用，会把这一段代码自动忽略掉

//...
public void testMethod() {int i = 0;i++;}
//...

此时，JMH返回的结果明显下降很多：

在这里插入图片描述

以上即死代码，JMH测试过程中，可用一个黑洞的变量，调用consume消费方法，就可以避免JIT把这些变量自动删除掉：

public void testMethod(Blackhole blackhole) {int i= 0;i++;int j = 0;j++;//使用黑洞，避免i,j变量没有使用被JIT当成死代码优化时去掉blackhole.consume(i);blackhole.consume(j);
}

4、可视化分析

生成json格式

//....resultFormat(ResultFormatType.JSON)

上传到：https://jmh.morethan.io/

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5、案例：日期格式化方法性能测试

package org.sample;import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import org.openjdk.jmh.results.format.ResultFormatType;
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.text.SimpleDateFormat;
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;//执行5轮预热，每次持续1秒
@Warmup(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
//执行一次测试
@Fork(value = 1, jvmArgsAppend = {"-Xms1g", "-Xmx1g"})
//显示平均时间，单位纳秒
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@State(Scope.Thread)
public class DateBench {private static String sDateFormatString = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss";private Date date = new Date();private LocalDateTime localDateTime = LocalDateTime.now();//优化private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> simpleDateFormatThreadLocal = new ThreadLocal();private static final DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");@Setuppublic void setUp() {SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat(sDateFormatString);simpleDateFormatThreadLocal.set(sdf);}//测试Date@Benchmarkpublic String date() {SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat(sDateFormatString);return simpleDateFormat.format(date);}//测试LocalDateTime@Benchmarkpublic String localDateTimeNotSave() {return localDateTime.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));}/*** 优化测试Date的方法* SimpleDateFormat线程不安全，用ThreadLocal优化* 避免每次执行都创建一个SimpleDateFormat对象*/@Benchmarkpublic String dateThreadLocal() {return simpleDateFormatThreadLocal.get().format(date);}/*** 优化LocalDateTime*/@Benchmarkpublic String localDateTime() {return localDateTime.format(formatter);}public static void main(String[] args) throws RunnerException {Options opt = new OptionsBuilder().include(DateBench.class.getSimpleName()).resultFormat(ResultFormatType.JSON).forks(1).build();new Runner(opt).run();}
}

结果：

在这里插入图片描述

结论：

Date对象使用的SimpleDateFormat线程不安全，每次需要重新创建对象，或者将对象放入ThreadLocal，后者性能好一点
LocalDateTime对象使用的DateTimeFormatter线程安全，且性能好，将DateTimeFormatter对象保存一下，别每次都创建，性能会更好

6、总结

Jmh可以完全模拟运行环境中的Java虚拟机参数，同时支持预热能通过JIT执行优化后的代码获得更为准确的数据

7、整合到SpringBoot

<dependency><groupId>org.openjdk.jmh</groupId><artifactId>jmh-core</artifactId><version>${jmh.version}</version><scope>test</scope>
</dependency><dependency><groupId>org.openjdk.jmh</groupId><artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId><version>${jmh.version}</version><scope>test</scope>
</dependency>

和之前单独一个jmh项目相比，整合时，可在UT中完成，setup初始是从IOC中获取要测试的方法所在类的Bean。且每次执行Benchmark注解的方法，都会运行一个新的SpringBoot服务，下面同时测5个方法，因此需要在配置文件中将端口设置成随机生成的。

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import org.openjdk.jmh.infra.Blackhole;
import org.openjdk.jmh.results.format.ResultFormatType;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.context.ApplicationContext;import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeUnit;//执行5轮预热，每次持续1秒
@Warmup(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
//执行一次测试
@Fork(value = 1, jvmArgsAppend = {"-Xms1g", "-Xmx1g"})
//显示平均时间，单位纳秒
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
@State(Scope.Benchmark)
public class PracticeBenchmarkTest {private UserController userController;private ApplicationContext context;//初始化将springboot容器启动 端口号随机@Setuppublic void setup() {this.context = new SpringApplication(JvmOptimizeApplication.class).run();userController = this.context.getBean(UserController.class);}//启动这个测试用例进行测试@Testpublic void executeJmhRunner() throws RunnerException, IOException {new Runner(new OptionsBuilder().shouldDoGC(true).forks(0).resultFormat(ResultFormatType.JSON).shouldFailOnError(true).build()).run();}//用黑洞消费数据，避免JIT消除代码@Benchmarkpublic void test1(final Blackhole bh) {bh.consume(userController.user1());}@Benchmarkpublic void test2(final Blackhole bh) {bh.consume(userController.user2());}@Benchmarkpublic void test3(final Blackhole bh) {bh.consume(userController.user3());}@Benchmarkpublic void test4(final Blackhole bh) {bh.consume(userController.user4());}@Benchmarkpublic void test5(final Blackhole bh) {bh.consume(userController.user5());}
}

随机端口：

server:
#  port: 8882port: ${random.int(2000,8000)}		#！！！！tomcat:threads:min-spare: 50max: 500

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