多线程与高并发(六) 单机压测工具JMH，Disruptor原理解析
2024-06-17 11:35:14
一，JMH
Java Microbenchmark Harness，是Java用来做基准测试的工具，测试结果可信度高，用于测试某个方法的性能。13年首发，由JIT开发人员开发，后归于OpenJDK。
官网：OpenJDK: jmh
官方样例： code-tools/jmh: 2be2df7dbaf8 /jmh-samples/src/main/java/org/openjdk/jmh/samples/
（一）创建JMH测试
需要准确的效果，建议是用命令行的方式，并独一代码单独打包进行测试。
如果想边开发边测试（我是懒得重弄项目了），可以使用JMH的插件。
1，idea安装JMH插件 idea18 版本，装的这个
2，MAVEN
<!--jmh--><!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jmh/jmh-core --><dependency><groupId>org.openjdk.jmh</groupId><artifactId>jmh-core</artifactId><version>1.21</version></dependency><!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jmh/jmh-generator-annprocess --><dependency><groupId>org.openjdk.jmh</groupId><artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId><version>1.21</version><scope>test</scope></dependency>3，由于用到了注解，打开运行程序注解配置
compiler -> Annotation Processors -> Enable Annotation Processing
5，测试类
package com.example.demo.jmh;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;public class PS {static List<Integer> nums = new ArrayList<>();static {Random r = new Random();for (int i = 0; i < 10000; i++) nums.add(1000000 + r.nextInt(1000000));}static void foreach() {nums.forEach(v->isPrime(v));}static void parallel() {nums.parallelStream().forEach(PS::isPrime);}static boolean isPrime(int num) {for(int i=2; i<=num/2; i++) {if(num % i == 0) return false;}return true;}
}
6，单元测试
package com.example.demo.jmh;import org.openjdk.jmh.annotations.Benchmark;public class PSTest {@Benchmarkpublic void testForEach() {PS.foreach();}
}7，运行测试类，如果遇到下面的错误：
ERROR: org.openjdk.jmh.runner.RunnerException: ERROR: Exception while trying to acquire the JMH lock (C:\WINDOWS\/jmh.lock): C:\WINDOWS\jmh.lock (拒绝访问。), exiting. Use -Djmh.ignoreLock=true to forcefully continue.at org.openjdk.jmh.runner.Runner.run(Runner.java:216)at org.openjdk.jmh.Main.main(Main.java:71)
这个错误是因为JMH运行需要访问系统的TMP目录，解决办法是：
打开RunConfiguration -> Environment Variables -> include system environment viables
8，阅读测试报告
"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_171\bin\java.exe" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "D:\Program Files\JetBrains\idea18\work\learnRecords\target\test-classes;D:\Program Files\JetBrains\idea18\work\learnRecords\target\classes;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter\2.5.3\spring-boot-starter-2.5.3.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot\2.5.3\spring-boot-2.5.3.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\spring-context\5.3.9\spring-context-5.3.9.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\spring-aop\5.3.9\spring-aop-5.3.9.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\spring-beans\5.3.9\spring-beans-5.3.9.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\spring-expression\5.3.9\spring-expression-5.3.9.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-autoconfigure\2.5.3\spring-boot-autoconfigure-2.5.3.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-logging\2.5.3\spring-boot-starter-logging-2.5.3.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\ch\qos\logback\logback-classic\1.2.4\logback-classic-1.2.4.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\ch\qos\logback\logback-core\1.2.4\logback-core-1.2.4.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\apache\logging\log4j\log4j-to-slf4j\2.14.1\log4j-to-slf4j-2.14.1.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\apache\logging\log4j\log4j-api\2.14.1\log4j-api-2.14.1.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\slf4j\jul-to-slf4j\1.7.32\jul-to-slf4j-1.7.32.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\jakarta\annotation\jakarta.annotation-api\1.3.5\jakarta.annotation-api-1.3.5.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\spring-core\5.3.9\spring-core-5.3.9.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\spring-jcl\5.3.9\spring-jcl-5.3.9.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\yaml\snakeyaml\1.28\snakeyaml-1.28.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-test\2.5.3\spring-boot-starter-test-2.5.3.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-test\2.5.3\spring-boot-test-2.5.3.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-test-autoconfigure\2.5.3\spring-boot-test-autoconfigure-2.5.3.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\com\jayway\jsonpath\json-path\2.5.0\json-path-2.5.0.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\net\minidev\json-smart\2.4.7\json-smart-2.4.7.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\net\minidev\accessors-smart\2.4.7\accessors-smart-2.4.7.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\ow2\asm\asm\9.1\asm-9.1.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\jakarta\xml\bind\jakarta.xml.bind-api\2.3.3\jakarta.xml.bind-api-2.3.3.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\jakarta\activation\jakarta.activation-api\1.2.2\jakarta.activation-api-1.2.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\assertj\assertj-core\3.19.0\assertj-core-3.19.0.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\hamcrest\hamcrest\2.2\hamcrest-2.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\junit\jupiter\junit-jupiter\5.7.2\junit-jupiter-5.7.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\junit\jupiter\junit-jupiter-api\5.7.2\junit-jupiter-api-5.7.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\apiguardian\apiguardian-api\1.1.0\apiguardian-api-1.1.0.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\opentest4j\opentest4j\1.2.0\opentest4j-1.2.0.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\junit\platform\junit-platform-commons\1.7.2\junit-platform-commons-1.7.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\junit\jupiter\junit-jupiter-params\5.7.2\junit-jupiter-params-5.7.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\junit\jupiter\junit-jupiter-engine\5.7.2\junit-jupiter-engine-5.7.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\junit\platform\junit-platform-engine\1.7.2\junit-platform-engine-1.7.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\mockito\mockito-core\3.9.0\mockito-core-3.9.0.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\net\bytebuddy\byte-buddy\1.10.22\byte-buddy-1.10.22.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\net\bytebuddy\byte-buddy-agent\1.10.22\byte-buddy-agent-1.10.22.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\objenesis\objenesis\3.2\objenesis-3.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\mockito\mockito-junit-jupiter\3.9.0\mockito-junit-jupiter-3.9.0.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\skyscreamer\jsonassert\1.5.0\jsonassert-1.5.0.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\com\vaadin\external\google\android-json\0.0.20131108.vaadin1\android-json-0.0.20131108.vaadin1.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\springframework\spring-test\5.3.9\spring-test-5.3.9.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\xmlunit\xmlunit-core\2.8.2\xmlunit-core-2.8.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\net\sourceforge\jexcelapi\jxl\2.6.12\jxl-2.6.12.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\log4j\log4j\1.2.14\log4j-1.2.14.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\apache\zookeeper\zookeeper\3.4.6\zookeeper-3.4.6.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\slf4j\slf4j-api\1.7.32\slf4j-api-1.7.32.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\slf4j\slf4j-log4j12\1.7.32\slf4j-log4j12-1.7.32.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\jline\jline\0.9.94\jline-0.9.94.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\junit\junit\4.13.2\junit-4.13.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\hamcrest\hamcrest-core\2.2\hamcrest-core-2.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\io\netty\netty\3.7.0.Final\netty-3.7.0.Final.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\javax\servlet\servlet-api\2.5\servlet-api-2.5.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\openjdk\jmh\jmh-core\1.21\jmh-core-1.21.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\net\sf\jopt-simple\jopt-simple\4.6\jopt-simple-4.6.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\apache\commons\commons-math3\3.2\commons-math3-3.2.jar;C:\Users\jinyh\.m2\repository\org\openjdk\jmh\jmh-generator-annprocess\1.21\jmh-generator-annprocess-1.21.jar" org.openjdk.jmh.Main com.example.demo.jmh.PSTest.testForEach
# JMH version: 1.21
# VM version: JDK 1.8.0_171, Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM, 25.171-b11
# VM invoker: C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_171\jre\bin\java.exe
# VM options: -Dfile.encoding=UTF-8
# Warmup: 5 iterations, 10 s each
# Measurement: 5 iterations, 10 s each
# Timeout: 10 min per iteration
# Threads: 1 thread, will synchronize iterations
# Benchmark mode: Throughput, ops/time
# Benchmark: com.example.demo.jmh.PSTest.testForEach# Run progress: 0.00% complete, ETA 00:08:20
# Fork: 1 of 5
# Warmup Iteration 1: 0.754 ops/s
# Warmup Iteration 2: 0.751 ops/s
# Warmup Iteration 3: 0.759 ops/s
# Warmup Iteration 4: 0.762 ops/s
# Warmup Iteration 5: 0.756 ops/s
Iteration 1: 0.754 ops/s
Iteration 2: 0.758 ops/s
Iteration 3: 0.760 ops/s
Iteration 4: 0.757 ops/s
Iteration 5: 0.751 ops/s# Run progress: 20.00% complete, ETA 00:07:06
# Fork: 2 of 5
# Warmup Iteration 1: 0.761 ops/s
# Warmup Iteration 2: 0.773 ops/s
# Warmup Iteration 3: 0.764 ops/s
# Warmup Iteration 4: 0.768 ops/s
# Warmup Iteration 5: 0.772 ops/s
Iteration 1: 0.775 ops/s
Iteration 2: 0.773 ops/s
Iteration 3: 0.760 ops/s
Iteration 4: 0.737 ops/s
Iteration 5: 0.748 ops/s# Run progress: 40.00% complete, ETA 00:05:18
# Fork: 3 of 5
# Warmup Iteration 1: 0.765 ops/s
# Warmup Iteration 2: 0.705 ops/s
# Warmup Iteration 3: 0.723 ops/s
# Warmup Iteration 4: 0.763 ops/s
# Warmup Iteration 5: 0.753 ops/s
Iteration 1: 0.751 ops/s
Iteration 2: 0.752 ops/s
Iteration 3: 0.759 ops/s
Iteration 4: 0.753 ops/s
Iteration 5: 0.761 ops/s# Run progress: 60.00% complete, ETA 00:03:33
# Fork: 4 of 5
# Warmup Iteration 1: 0.748 ops/s
# Warmup Iteration 2: 0.743 ops/s
# Warmup Iteration 3: 0.746 ops/s
# Warmup Iteration 4: 0.742 ops/s
# Warmup Iteration 5: 0.739 ops/s
Iteration 1: 0.744 ops/s
Iteration 2: 0.734 ops/s
Iteration 3: 0.739 ops/s
Iteration 4: 0.729 ops/s
Iteration 5: 0.749 ops/s# Run progress: 80.00% complete, ETA 00:01:47
# Fork: 5 of 5
# Warmup Iteration 1: 0.757 ops/s
# Warmup Iteration 2: 0.737 ops/s
# Warmup Iteration 3: 0.726 ops/s
# Warmup Iteration 4: 0.730 ops/s
# Warmup Iteration 5: 0.717 ops/s
Iteration 1: 0.720 ops/s
Iteration 2: 0.721 ops/s
Iteration 3: 0.737 ops/s
Iteration 4: 0.747 ops/s
Iteration 5: 0.714 ops/sResult "com.example.demo.jmh.PSTest.testForEach":0.747 ±(99.9%) 0.012 ops/s [Average](min, avg, max) = (0.714, 0.747, 0.775), stdev = 0.016CI (99.9%): [0.736, 0.759] (assumes normal distribution)# Run complete. Total time: 00:08:58REMEMBER: The numbers below are just data. To gain reusable insights, you need to follow up on
why the numbers are the way they are. Use profilers (see -prof, -lprof), design factorial
experiments, perform baseline and negative tests that provide experimental control, make sure
the benchmarking environment is safe on JVM/OS/HW level, ask for reviews from the domain experts.
Do not assume the numbers tell you what you want them to tell.Benchmark Mode Cnt Score Error Units
PSTest.testForEach thrpt 25 0.747 ± 0.012 ops/sProcess finished with exit code 0
（二）JMH中的基本概念
Warmup 预热，由于JVM中对于特定代码会存在优化（本地化），预热对于测试结果很重要
Mesurement 总共执行多少次测试
Timeout
Threads 线程数，由fork指定
Benchmark mode 基准测试的模式
Benchmark 测试哪一段代码
二，Disruptor
（一）介绍
主页：LMAX Disruptor
源码：https://github.com/LMAX-Exchange/disruptor
GettingStarted: Getting Started · LMAX-Exchange/disruptor Wiki · GitHub
api: http://lmax-exchange.github.io/disruptor/docs/index.html
maven: https://mvnrepository.com/artifact/com.lmax/disruptor
一个线程中每秒处理600万订单，是金融机构开发的用于交易的。
2011年获得Duke奖项
单机速度最快的MQ
性能极高，无锁CAS，单机支持高并发
内存中用于存储的高效队列。
（二）Disruptor的特点
对比ConcurrentLinkedQueue : 链表实现
JDK中没有ConcurrentArrayQueue ，是因为数组是固定长度的，那么每次扩展都需要复制+1，效率低
Disruptor是数组实现的
数组是实现的ConcurrentArrayQueue 且头尾相连，
为什么效率比链表快，第一，链表没有数组遍历快；第二，链表需要维护头尾两个指针，数组只需维护一个sequence序列（下个元素的位置）；
怎么计算加在环形数组的位置？ 添加元素的第几个元素 / 数组容量 求余
无锁，高并发，使用环形Buffer，直接覆盖（不用清除）旧的数据，降低GC频率
实现了基于事件的生产者消费者模式（观察者模式）
（三）RingBuffer
环形队列
RingBuffer的序号，指向下一个可用的元素
采用数组实现，没有首尾指针
对比ConcurrentLinkedQueue，用数组实现的速度更快
假如长度为8，当添加到第12个元素的时候在哪个序号上呢？用12%8决定
当Buffer被填满的时候到底是覆盖还是等待，由Producer决定
长度设为2的n次幂，利于二进制计算，例如：12%8 = 12 & (8 - 1) pos = num & (size -1)
01：14“09
（四）Disruptor开发步骤
定义Event - 队列中需要处理的元素
定义Event工厂，用于填充队列
这里牵扯到效率问题：disruptor初始化的时候，会调用Event工厂，对ringBuffer进行内存的提前分配
GC产频率会降低
定义EventHandler（消费者），处理容器中的元素
1，事件发布模板
long sequence = ringBuffer.next(); // Grab the next sequencetry {LongEvent event = ringBuffer.get(sequence); // Get the entry in the Disruptor// for the sequenceevent.set(8888L); // Fill with data} finally {ringBuffer.publish(sequence);}
2，使用EventTranslator发布事件
//===============================================================EventTranslator<LongEvent> translator1 = new EventTranslator<LongEvent>() {@Overridepublic void translateTo(LongEvent event, long sequence) {event.set(8888L);}};ringBuffer.publishEvent(translator1);//===============================================================EventTranslatorOneArg<LongEvent, Long> translator2 = new EventTranslatorOneArg<LongEvent, Long>() {@Overridepublic void translateTo(LongEvent event, long sequence, Long l) {event.set(l);}};ringBuffer.publishEvent(translator2, 7777L);//===============================================================EventTranslatorTwoArg<LongEvent, Long, Long> translator3 = new EventTranslatorTwoArg<LongEvent, Long, Long>() {@Overridepublic void translateTo(LongEvent event, long sequence, Long l1, Long l2) {event.set(l1 + l2);}};ringBuffer.publishEvent(translator3, 10000L, 10000L);//===============================================================EventTranslatorThreeArg<LongEvent, Long, Long, Long> translator4 = new EventTranslatorThreeArg<LongEvent, Long, Long, Long>() {@Overridepublic void translateTo(LongEvent event, long sequence, Long l1, Long l2, Long l3) {event.set(l1 + l2 + l3);}};ringBuffer.publishEvent(translator4, 10000L, 10000L, 1000L);//===============================================================EventTranslatorVararg<LongEvent> translator5 = new EventTranslatorVararg<LongEvent>() {@Overridepublic void translateTo(LongEvent event, long sequence, Object... objects) {long result = 0;for(Object o : objects) {long l = (Long)o;result += l;}event.set(result);}};ringBuffer.publishEvent(translator5, 10000L, 10000L, 10000L, 10000L);
3，使用Lamda表达式
package com.mashibing.disruptor;import com.lmax.disruptor.RingBuffer;import com.lmax.disruptor.dsl.Disruptor;import com.lmax.disruptor.util.DaemonThreadFactory;public class Main03{public static void main(String[] args) throws Exception{// Specify the size of the ring buffer, must be power of 2.int bufferSize = 1024;// Construct the DisruptorDisruptor<LongEvent> disruptor = new Disruptor<>(LongEvent::new, bufferSize, DaemonThreadFactory.INSTANCE);// Connect the handlerdisruptor.handleEventsWith((event, sequence, endOfBatch) -> System.out.println("Event: " + event));// Start the Disruptor, starts all threads runningdisruptor.start();// Get the ring buffer from the Disruptor to be used for publishing.RingBuffer<LongEvent> ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();ringBuffer.publishEvent((event, sequence) -> event.set(10000L));System.in.read();}}
4，ProducerType生产者线程模式
ProducerType有两种模式 Producer.MULTI和Producer.SINGLE
默认是MULTI，表示在多线程模式下产生sequence
如果确认是单线程生产者，那么可以指定SINGLE，效率会提升
如果是多个生产者（多线程），但模式指定为SINGLE，会出什么问题呢？
5，等待策略
如果来不及消费，会被覆盖怎么办？这就引出了等待策略
1，(常用）BlockingWaitStrategy：通过线程阻塞的方式，等待生产者唤醒，被唤醒后，再循环检查依赖的sequence是否已经消费。
2，BusySpinWaitStrategy：线程一直自旋等待，可能比较耗cpu
3，LiteBlockingWaitStrategy：线程阻塞等待生产者唤醒，与BlockingWaitStrategy相比，区别在signalNeeded.getAndSet,如果两个线程同时访问一个访问waitfor,一个访问signalAll时，可以减少lock加锁次数.
4，LiteTimeoutBlockingWaitStrategy：与LiteBlockingWaitStrategy相比，设置了阻塞时间，超过时间后抛异常。
5，PhasedBackoffWaitStrategy：根据时间参数和传入的等待策略来决定使用哪种等待策略
6，TimeoutBlockingWaitStrategy：相对于BlockingWaitStrategy来说，设置了等待时间，超过后抛异常
7，（常用）YieldingWaitStrategy：尝试100次，然后Thread.yield()让出cpu
8，（常用）SleepingWaitStrategy : sleep
6，消费者异常处理
默认：disruptor.setDefaultExceptionHandler()
覆盖：disruptor.handleExceptionFor().with()
7，依赖处理
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.lmax/disruptor --><dependency><groupId>com.lmax</groupId><artifactId>disruptor</artifactId><version>3.4.2</version></dependency>多线程与高并发(六) 单机压测工具JMH，Disruptor原理解析相关推荐
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