使用JMH进行性能测试
使用JMH进行性能测试
文章目录
- 使用JMH进行性能测试
- 1.什么是JMH
- 2.JMH使用
- 3.JMH的基本概念和配置
- 1.模式(Mode)
- 2.迭代(Iteration)
- 3.预热(Warmup)
- 4.状态(State)
- 5.配置类(Options/OptionsBuilder)
- 4.理解JMH中的Mode
- 5.理解JMH中的State
1.什么是JMH
JMH(Java Microbenchmark Harness) 是一个在OpenJDK项目中发布的,专门用于性能测试的框架,其精度可以达到毫秒级。通过JMH可以对对个方法的性能进行定量分析。比如,当要知道执行一个函数需要多少时间,或当对一个算法有多重不同实现时,需要选取性能最好的那个。
2.JMH使用
通过maven引入依赖
<!--JMH--><dependency><groupId>org.openjdk.jmh</groupId><artifactId>jmh-core</artifactId><version>1.20</version></dependency><dependency><groupId>org.openjdk.jmh</groupId><artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId><version>1.20</version><scope>provided</scope></dependency>
一个最简单的JMH程序如下:
import org.openjdk.jmh.annotations.Benchmark;
import org.openjdk.jmh.annotations.BenchmarkMode;
import org.openjdk.jmh.annotations.Mode;
import org.openjdk.jmh.annotations.OutputTimeUnit;
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;/*** 初识JMH框架** @author : snail* @date : 2022-01-04 12:02**/@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MICROSECONDS)
public class JMHSample_01_HelloWorld {@Benchmarkpublic void wellHelloThere(){}public static void main(String[] args) throws RunnerException {Options opt = new OptionsBuilder().include(JMHSample_01_HelloWorld.class.getSimpleName()).forks(1).build();new Runner(opt).run();}
}
其中被度量的代码为函数wellHelloThere
。类似于JUnit
,被度量代码用注解@Benchmark
标注,这里仅为一个空函数。
在main
函数中,首先对测试用例进行配置,使用Builder模式配置测试,将配置参数存入Options对象,并使用Options对象构造Runner启动测试。
启动执行测试函数,输出如下:
# JMH version: 1.20
# VM version: JDK 1.8.0_221, VM 25.221-b11
# VM invoker: C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_221\jre\bin\java.exe
# VM options: -javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2021.1\lib\idea_rt.jar=9766:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2021.1\bin -Dfile.encoding=UTF-8
# Warmup: 20 iterations, 1 s each
# Measurement: 20 iterations, 1 s each
# Timeout: 10 min per iteration
# Threads: 1 thread, will synchronize iterations
# Benchmark mode: Average time, time/op
# Benchmark: com.snail.test.jmh.JMHSample_01_HelloWorld.wellHelloThere# Run progress: 0.00% complete, ETA 00:00:40
# Fork: 1 of 1
# Warmup Iteration 1: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 2: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 3: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 4: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 5: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 6: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 7: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 8: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 9: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 10: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 11: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 12: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 13: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 14: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 15: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 16: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 17: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 18: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 19: ≈ 10⁻⁴ us/op
# Warmup Iteration 20: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 1: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 2: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 3: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 4: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 5: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 6: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 7: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 8: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 9: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 10: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 11: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 12: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 13: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 14: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 15: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 16: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 17: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 18: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 19: ≈ 10⁻⁴ us/op
Iteration 20: ≈ 10⁻⁴ us/opResult "com.snail.test.jmh.JMHSample_01_HelloWorld.wellHelloThere":≈ 10⁻⁴ us/op# Run complete. Total time: 00:00:41Benchmark Mode Cnt Score Error Units
JMHSample_01_HelloWorld.wellHelloThere avgt 20 ≈ 10⁻⁴ us/opProcess finished with exit code 0
以上输出是一个测试结果的报告,第1-10行表示测试的基本信息。如使用的Java路径,预热代码的迭代次数,测量代码的迭代次数,使用的线程数量,测试的统计单位等。第14-33行显示了每一次热身中的性能指标,预热测试不会作为最终的统计结果。预热的目的是让Java虚拟机对被测试代码进行足够多的优化,比如,在预热后,被测试代码应该得到充分的JIT编译和优化。第34-53行开始显示测量迭代的情况,每一次迭代都显示了当前的执行速率,即一个操作所花费的时间。在进行了20次迭代后,进行统计,在本例中,第63行显示了wellHelloThere
函数平均执行花费时间以及误差。
3.JMH的基本概念和配置
为了能更好的使用JMH的各项功能,首先需要对JMH的基本概念有所了解。
1.模式(Mode)
Mode表示JMH的测量方式和角度,共有四种。
- Throughput:整体吞吐量,表示1秒内可以执行多少次调用。
- AverageTime:调用的平均时间,指每一次调用所需要的时间。
- SampleTime:随机取样,最后输出取样结果的分布,例如:“99%的调用在xxx毫秒以内,99.99%的调用在xxx毫秒以内”。
- SingleShotTime:以上模式都是默认一次Iteration是1秒,唯有SingleShotTime只运行一次。旺旺同时把warmup次数设为0,用于测试冷启动时的性能。
2.迭代(Iteration)
迭代是JMH的一次测量单位。在大部分测量模式下,一次迭代表示1秒。在这疫苗内会不间断调用被测试方法,并采样计算吞吐量、平均时间等。
3.预热(Warmup)
由于Java虚拟机的JIT存在,同一个方法在JIT编译前后的时间将会不同。通常只考虑方法在JIT编译后的性能。
4.状态(State)
通过state可以指定一个对象的作用范围,范围主要有两种。一种为线程范围,也就是一个对象只会被一个线程访问。在多线程池测试时,会为每一个线程生成一个对象。另一种是基准测试范围(Benchmark),即多个线程共享一个实例。
5.配置类(Options/OptionsBuilder)
在测试开始前,首先要对测试进行配置。通常需要指定一些参数,比如指定测试类(include)、使用的进程个数(fork)、预热迭代次数(warmupIterations)。在配置启动测试时,需要使用配置类,如:
Options opt = new OptionsBuilder().include(JMHSample_01_HelloWorld.class.getSimpleName()).forks(1).build();new Runner(opt).run();
4.理解JMH中的Mode
在JMH中,吞吐量和方法执行的平均时间是最常用的统计方式。如下是吞吐量的测量方法:
@Benchmark@BenchmarkMode(Mode.Throughput)@OutputTimeUnit(TimeUnit.SECONDS)public void measureThroughput() throws InterruptedException {TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);}
输出结果:
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
JMHSample_01_HelloWorld.measureThroughput thrpt 20 9.045 ± 0.026 ops/s
统计方法的平均执行时间设置如下:
@Benchmark@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)@OutputTimeUnit(TimeUnit.MICROSECONDS)public void measureAvgTime() throws InterruptedException {TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);}
输出结果:
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
JMHSample_01_HelloWorld.measureAvgTime avgt 20 110431.930 ± 444.557 us/op
上面的代码表示每个操作需要约100毫秒。
另一种统计方式是采样,即不再计算每个执行方法的平均执行时间,而是通过采样得到部分方法的执行时间,代码如下:
@Benchmark@BenchmarkMode(Mode.SampleTime)@OutputTimeUnit(TimeUnit.MICROSECONDS)public void measureSamples() throws InterruptedException {TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);}
输出结果:
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
JMHSample_01_HelloWorld.measureSamples sample 200 110289.224 ± 286.771 us/op
JMHSample_01_HelloWorld.measureSamples:measureSamples·p0.00 sample 105775.104 us/op
JMHSample_01_HelloWorld.measureSamples:measureSamples·p0.50 sample 110624.768 us/op
JMHSample_01_HelloWorld.measureSamples:measureSamples·p0.90 sample 111673.344 us/op
JMHSample_01_HelloWorld.measureSamples:measureSamples·p0.95 sample 111673.344 us/op
JMHSample_01_HelloWorld.measureSamples:measureSamples·p0.99 sample 113362.862 us/op
JMHSample_01_HelloWorld.measureSamples:measureSamples·p0.999 sample 114294.784 us/op
JMHSample_01_HelloWorld.measureSamples:measureSamples·p0.9999 sample 114294.784 us/op
JMHSample_01_HelloWorld.measureSamples:measureSamples·p1.00 sample 114294.784 us/op
上面的结果表示,在采样到的方法中,平均的执行时间是110289μs
。其中,有一半的调用在110624μs
内完成,90%的调用在111673μs
内完成,全部采样调用均在114294μs
内完成。
5.理解JMH中的State
JMH中的State可以理解为变量或者数据模型的作用域,通常包括整个Benchmark级别和Thread线程级别。
声明两个数据模型,一个是Benchmark级别,另一个是Thread级别。
@State(Scope.Benchmark)public static class BenchmarkState{volatile double x = Math.PI;}@State(Scope.Thread)public static class ThreadState{volatile double x = Math.PI;}
使用Benchmark方法对上述模型进行访问
/*** 每个线程都有自己的数据复制* @param state*/@Benchmark@BenchmarkMode(Mode.Throughput)@OutputTimeUnit(TimeUnit.MICROSECONDS)public void measureUnshared(ThreadState state){state.x++;}/*** 所有测试线程共享一份数据* @param state*/@Benchmark@BenchmarkMode(Mode.Throughput)@OutputTimeUnit(TimeUnit.MICROSECONDS)public void measureShared(BenchmarkState state){state.x++;}
结果如下:
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
JMHSample_01_HelloWorld.measureShared thrpt 20 154.666 ± 0.141 ops/us
JMHSample_01_HelloWorld.measureUnshared thrpt 20 154.542 ± 0.309 ops/us
参考书籍:《实战 Java高并发程序设计 (第二版)》
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