关于java:别再写-main-方法测试了太-Low这才是专业-Java-测试方法

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起源：https://juejin.cn/post/684490…

前言

“If you cannot measure it, you cannot improve it”.

在日常开发中，咱们对一些代码的调用或者工具的应用会存在多种抉择形式，在不确定他们性能的时候，咱们首先想要做的就是去测量它。大多数时候，咱们会简略的采纳屡次计数的形式来测量，来看这个办法的总耗时。

然而，如果相熟 JVM 类加载机制的话，应该晓得 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，辨认高频办法的调用、循环体、公共模块等，基于 JIT 动静编译技术，会将热点代码转换成机器码，间接交给 CPU 执行。

也就是说，JVM 会一直的进行编译优化，这就使得很难确定反复多少次能力失去一个稳固的测试后果？所以，很多有教训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 官网公布的工具。何谓 Micro Benchmark 呢？简略地说就是在 method 层面上的 benchmark，精度能够准确到微秒级。

Java 的基准测试须要留神的几个点：

  • 测试前须要预热。
  • 避免无用代码进入测试方法中。
  • 并发测试。
  • 测试后果出现。

JMH 的应用场景：

  1. 定量分析某个热点函数的优化成果
  2. 想定量地晓得某个函数须要执行多长时间，以及执行工夫和输出变量的相关性
  3. 比照一个函数的多种实现形式

本篇次要是介绍 JMH 的 DEMO 演示，和罕用的注解参数。心愿能对你起到帮忙。

DEMO 演示

这里先演示一个 DEMO，让不理解 JMH 的同学可能疾速把握这个工具的大略用法。

1. 测试项目构建

JMH 是内置 Java9 及之后的版本。这里是以 Java8 进行阐明。

为了不便，这里间接介绍应用 maven 构建 JMH 测试项目的形式。

第一种是应用命令行构建，在指定目录下执行以下命令：

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

对应目录下会呈现一个 test 我的项目，关上我的项目后咱们会看到这样的我的项目构造。

第二种形式就是间接在现有的 maven 我的项目中增加 jmh-core 和jmh-generator-annprocess的依赖来集成 JMH。

<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>

2. 编写性能测试

这里我以测试 LinkedList 通过 index 形式迭代和 foreach 形式迭代的性能差距为例子，编写测试类，波及到的注解在之后会解说，

/**
 * @author Richard_yyf
 * @version 1.0 2019/8/27
 */

@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("");
        }
    }
}

3. 执行测试

运行 JMH 基准测试有两种形式，一个是生产 jar 文件运行，另一个是间接写 main 函数或者放在单元测试中执行。

生成 jar 文件的模式次要是针对一些比拟大的测试，可能对机器性能或者实在环境模拟有一些需要，须要将测试方法写好了放在 linux 环境执行。具体命令如下

$ mvn clean install
$ java -jar target/benchmarks.jar

咱们日常中遇到的个别是一些小测试，比方我下面写的例子，间接在 IDE 中跑就好了。启动形式如下：

public static void main(String[] args) throws RunnerException {Options opt = new OptionsBuilder()
            .include(LinkedListIterationBenchMark.class.getSimpleName())
            .forks(1)
            .warmupIterations(2)
            .measurementIterations(2)
         .output("E:/Benchmark.log")
            .build();

    new Runner(opt).run();}

4. 报告后果

输入后果如下，

最初的后果：

Benchmark                                      Mode  Cnt     Score   Error  Units
LinkedListIterationBenchMark.forEachIterate   thrpt    2  1192.380          ops/s
LinkedListIterationBenchMark.forIndexIterate  thrpt    2   206.866          ops/s

整个过程：

# Detecting actual CPU count: 12 detected
# JMH version: 1.21
# VM version: JDK 1.8.0_131, Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM, 25.131-b11
# VM invoker: C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\bin\java.exe
# VM options: -javaagent:D:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2018.2.2\lib\idea_rt.jar=65175:D:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2018.2.2\bin -Dfile.encoding=UTF-8
# Warmup: 2 iterations, 10 s each
# Measurement: 2 iterations, 10 s each
# Timeout: 10 min per iteration
# Threads: 12 threads, will synchronize iterations
# Benchmark mode: Throughput, ops/time
# Benchmark: org.sample.jmh.LinkedListIterationBenchMark.forEachIterate

# Run progress: 0.00% complete, ETA 00:01:20
# Fork: 1 of 1
# Warmup Iteration   1: 1189.267 ops/s
# Warmup Iteration   2: 1197.321 ops/s
Iteration   1: 1193.062 ops/s
Iteration   2: 1191.698 ops/s

Result "org.sample.jmh.LinkedListIterationBenchMark.forEachIterate":
  1192.380 ops/s

# JMH version: 1.21
# VM version: JDK 1.8.0_131, Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM, 25.131-b11
# VM invoker: C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\bin\java.exe
# VM options: -javaagent:D:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2018.2.2\lib\idea_rt.jar=65175:D:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2018.2.2\bin -Dfile.encoding=UTF-8
# Warmup: 2 iterations, 10 s each
# Measurement: 2 iterations, 10 s each
# Timeout: 10 min per iteration
# Threads: 12 threads, will synchronize iterations
# Benchmark mode: Throughput, ops/time
# Benchmark: org.sample.jmh.LinkedListIterationBenchMark.forIndexIterate

# Run progress: 50.00% complete, ETA 00:00:40
# Fork: 1 of 1
# Warmup Iteration   1: 205.676 ops/s
# Warmup Iteration   2: 206.512 ops/s
Iteration   1: 206.542 ops/s
Iteration   2: 207.189 ops/s

Result "org.sample.jmh.LinkedListIterationBenchMark.forIndexIterate":
  206.866 ops/s

# Run complete. Total time: 00:01:21

REMEMBER: 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
LinkedListIterationBenchMark.forEachIterate   thrpt    2  1192.380          ops/s
LinkedListIterationBenchMark.forIndexIterate  thrpt    2   206.866          ops/s

注解介绍

上面咱们来具体介绍一下相干的注解，

@BenchmarkMode

微基准测试类型。JMH 提供了以下几种类型进行反对：

类型 形容
Throughput 每段时间执行的次数，个别是秒
AverageTime 均匀工夫，每次操作的均匀耗时
SampleTime 在测试中，随机进行采样执行的工夫
SingleShotTime 在每次执行中计算耗时
All 所有模式

能够正文在办法级别，也能够正文在类级别，

@BenchmarkMode(Mode.All)
public class LinkedListIterationBenchMark {...}
@Benchmark
@BenchmarkMode({Mode.Throughput, Mode.SingleShotTime})
public void m() {...}

@Warmup

这个单词的意思就是预热，iterations = 3就是指预热轮数。

@Benchmark
@BenchmarkMode({Mode.Throughput, Mode.SingleShotTime})
@Warmup(iterations = 3)
public void m() {...}

@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
@Benchmark
@BenchmarkMode({Mode.Throughput, Mode.SingleShotTime})
@Measurement(iterations = 3)
public void m() {...}

@Threads

每个过程中的测试线程。

@Threads(Threads.MAX)
public class LinkedListIterationBenchMark {...}

@Fork

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

@Benchmark
@BenchmarkMode({Mode.Throughput, Mode.SingleShotTime})
@Fork(value = 3)
public void m() {...}

@OutputTimeUnit

基准测试后果的工夫类型。个别抉择秒、毫秒、微秒。

@OutputTimeUnit(TimeUnit.SECONDS)
public class LinkedListIterationBenchMark {...}

@Benchmark

办法级注解，示意该办法是须要进行 benchmark 的对象，用法和 JUnit 的 @Test 相似。

@Param

属性级注解，@Param 能够用来指定某项参数的多种状况。特地适宜用来测试一个函数在不同的参数输出的状况下的性能。

@Setup

办法级注解，这个注解的作用就是咱们须要在测试之前进行一些 筹备工作，比方对一些数据的初始化之类的。

@TearDown

办法级注解，这个注解的作用就是咱们须要在测试之后进行一些 完结工作，比方敞开线程池，数据库连贯等的，次要用于资源的回收等。

@State

当应用 @Setup 参数的时候，必须在类上加这个参数，不然会提醒无奈运行。

就比方我下面的例子中，就必须设置state。

State 用于申明某个类是一个“状态”，而后承受一个 Scope 参数用来示意该状态的共享范畴。因为很多 benchmark 会须要一些示意状态的类，JMH 容许你把这些类以依赖注入的形式注入到 benchmark 函数里。Scope 次要分为三种。

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

启动办法

在启动办法中，能够间接指定上述说到的一些参数，并且能将测试后果输入到指定文件中，

/**
 * 仅限于 IDE 中运行
 * 命令行模式 则是 build 而后 java -jar 启动
 *
 * 1. 这是 benchmark 启动的入口
 * 2. 这里同时还实现了 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 的办法，能够通过 include 和 exclude 两个办法来实现蕴含以及排除的语义
 */
public static void main(String[] args) throws RunnerException {Options opt = new OptionsBuilder()
            // 蕴含语义
            // 能够用办法名，也能够用 XXX.class.getSimpleName()
            .include("Helloworld")
            // 排除语义
            .exclude("Pref")
            // 预热 10 轮
            .warmupIterations(10)
            // 代表正式计量测试做 10 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。.measurementIterations(10)
            //  forks(3)指的是做 3 轮测试，// 因为一次测试无奈无效的代表后果，// 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。.forks(3)
         .output("E:/Benchmark.log")
            .build();

    new Runner(opt).run();}

结语

基于 JMH 能够对很多工具和框架进行测试，比方日志框架性能比照、BeanCopy 性能比照 等，更多的 example 能够参考官网给出的 JMH samples(https://hg.openjdk.java.net/c…)

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正文完
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发表至： java
2022-02-11
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