Java程序性能測試

1 概述

在開發(fā)中，性能測試是設(shè)計(jì)初期容易忽略的問題，開發(fā)人員會(huì)為了解決一個(gè)問題而“不擇手段”，作者所參與的項(xiàng)目中也遇到了類似問題，字符串拼接、大量的網(wǎng)絡(luò)調(diào)用和數(shù)據(jù)庫訪問等等都對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生了影響，可是大家不會(huì)關(guān)心這些問題，“CPU速度在變快”，“內(nèi)存在變大”，并且，“好像也沒有那么慢吧”。

有很多商業(yè)的性能測試軟件可供使用，如Jprofiler、JProbe Profiler等，但在開發(fā)當(dāng)中顯得有些遙遠(yuǎn)而又昂貴。

2 目標(biāo)

本文將講述如何利用Java語言本身提供的方法在開發(fā)中進(jìn)行性能測試，找到系統(tǒng)瓶頸，進(jìn)而改進(jìn)設(shè)計(jì)；并且在盡量不修改測試對(duì)象的情況下進(jìn)行測試。

3 預(yù)備知識(shí)

面向?qū)ο缶幊掏ㄟ^抽象繼承采用模塊化的思想來求解問題域，但是模塊化不能很好的解決所有問題。有時(shí)，這些問題可能在多個(gè)模塊中都出現(xiàn)，像日志功能，為了記錄每個(gè)方法進(jìn)入和離開時(shí)的信息，你不得不在每個(gè)方法里添加log("in some method")等信息。如何解決這類問題呢？將這些解決問題的功能點(diǎn)散落在多個(gè)模塊中會(huì)使冗余增大，并且當(dāng)很多個(gè)功能點(diǎn)出現(xiàn)在一個(gè)模塊中時(shí)，代碼變的很難維護(hù)。因此，AOP（Aspect Oriented Programming）應(yīng)運(yùn)而生。如果說OOP（Aobject Oriented Programming）關(guān)注的是一個(gè)類的垂直結(jié)構(gòu)，那么AOP是從水平角度來看待問題。

動(dòng)態(tài)代理類可以在運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)若干接口，每一個(gè)動(dòng)態(tài)代理類都有一個(gè)Invocation handler對(duì)象與之對(duì)應(yīng)，這個(gè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)了InvocationHandler接口，通過動(dòng)態(tài)代理的接口對(duì)動(dòng)態(tài)代理對(duì)象的方法調(diào)用會(huì)轉(zhuǎn)而會(huì)調(diào)用Invocation handler對(duì)象的invoke方法，通過動(dòng)態(tài)代理實(shí)例、方法對(duì)象和參數(shù)對(duì)象可以執(zhí)行調(diào)用并返回結(jié)果。

說到AOP，大家首先會(huì)想到的是日志記錄、權(quán)限檢查和事務(wù)管理，是的，AOP是解決這些問題的好辦法。本文根據(jù)AOP的思想，通過動(dòng)態(tài)代理來解決一類新的問題——性能測試（performance testing）。

性能測試主要包括以下幾個(gè)方面：

l         計(jì)算性能：可能是人們首先關(guān)心的，簡單的說就是執(zhí)行一段代碼所用的時(shí)間

l         內(nèi)存消耗：程序運(yùn)行所占用的內(nèi)存大小

l         啟動(dòng)時(shí)間：從你啟動(dòng)程序到程序正常運(yùn)行的時(shí)間

l         可伸縮性(scalability)

l         用戶察覺性能(perceived performance)：不是程序?qū)嶋H運(yùn)行有多快,而是用戶感覺程序運(yùn)行有多快.

本文主要給出了計(jì)算性能測試和內(nèi)存消耗測試的可行辦法。

 

4 計(jì)算性能測試

4.1 目標(biāo)：

通過該測試可以得到一個(gè)方法執(zhí)行需要的時(shí)間

4.2實(shí)現(xiàn)：

Java為我們提供了System. currentTimeMillis()方法，可以得到毫秒級(jí)的當(dāng)前時(shí)間，我們?cè)谝郧暗某绦虍?dāng)中一定也寫過類似的代碼來計(jì)算執(zhí)行某一段代碼所消耗的時(shí)間。

long start=System.currentTimeMillis();            doSth();            long end=System.currentTimeMillis();            System.out.println("time lasts "+(end-start)+"ms");

但是，在每個(gè)方法里面都寫上這么一段代碼是一件很枯燥的事情，我們通過Java的java.lang.reflect.Proxy和java.lang.reflect.InvocationHandler利用動(dòng)態(tài)代理來很好的解決上面的問題。

我們要測試的例子是java.util.LinkedList和java.util.ArrayList的get(int index)方法，顯然ArrayList要比LinkedList高效，因?yàn)榍罢呤请S機(jī)訪問，而后者需要順序訪問。

首先我們創(chuàng)建一個(gè)接口

public interface Foo {     public void testArrayList();     public void testLinkedList(); }

然后我們創(chuàng)建測試對(duì)象實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口

public class FooImpl implements Foo {          private List link=new LinkedList();        private List array=new ArrayList();          public FooImpl()        {            for(int i=0;i<10000;i++)            {                   array.add(new Integer(i));                   link.add(new Integer(i));            }                   }         public void testArrayList()     {            for(int i=0;i<10000;i++)                   array.get(i);     }         public void testLinkedList()     {            for(int i=0;i<10000;i++)                   link.get(i);     } }

接下來我們要做關(guān)鍵的一步，實(shí)現(xiàn)InvocationHandler接口

import java.lang.reflect.InvocationHandler; import java.lang.reflect.Method; import java.lang.reflect.*;   public class Handler implements InvocationHandler {          private Object obj;       public Handler(Object obj) {         this.obj = obj;     }       public static Object newInstance(Object obj) {         Object result = Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(),                 obj.getClass().getInterfaces(), new Handler(obj));           return (result);     }       public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {         Object result;         try {             System.out.print("begin method " + method.getName() + "(");             for (int i = 0; args != null && i < args.length; i++) {                   if (i > 0) System.out.print(",");                 System.out.print(" " +                         args[i].toString());             }             System.out.println(" )");             long start=System.currentTimeMillis();             result = method.invoke(obj, args);             long end=System.currentTimeMillis();             System.out.println("the method "+method.getName()+" lasts "+(end-start)+"ms");         } catch (InvocationTargetException e) {             throw e.getTargetException();         } catch (Exception e) {             throw new RuntimeException                     ("unexpected invocation exception: " +                     e.getMessage());         } finally {             System.out.println("end method " + method.getName());         }         return result;     } }

最后，我們創(chuàng)建測試客戶端，

public class TestProxy {     public static void main(String[] args) {         try {             Foo foo = (Foo) Handler.newInstance(new FooImpl());             foo.testArrayList();             foo.testLinkedList();         } catch (Exception e) {             e.printStackTrace();         } } }

運(yùn)行的結(jié)果如下：

begin method testArrayList( ) the method testArrayList lasts 0ms end method testArrayList begin method testLinkedList( ) the method testLinkedList lasts 219ms end method testLinkedList

使用動(dòng)態(tài)代理的好處是你不必修改原有代碼FooImpl，但是一個(gè)缺點(diǎn)是你不得不寫一個(gè)接口，如果你的類原來沒有實(shí)現(xiàn)接口的話。

4.3擴(kuò)展

在上面的例子中演示了利用動(dòng)態(tài)代理比較兩個(gè)方法的執(zhí)行時(shí)間，有時(shí)候通過一次簡單的測試進(jìn)行比較是片面的，因此可以進(jìn)行多次執(zhí)行測試對(duì)象，從而計(jì)算出最差、最好和平均性能。這樣，我們才能“加快經(jīng)常執(zhí)行的程序的速度，盡量少調(diào)用速度慢的程序”。

 

5 內(nèi)存消耗測試

5.1 目標(biāo)

當(dāng)一個(gè)java應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，有很多需要消耗內(nèi)存的因素存在，像對(duì)象、加載類、線程等。在這里只考慮程序中的對(duì)象所消耗的虛擬機(jī)堆空間，這樣我們就可以利用Runtime 類的freeMemory()和totalMemory()方法。

5.2 實(shí)現(xiàn)

為了方便期間，我們首先添加一個(gè)類計(jì)算當(dāng)前內(nèi)存消耗。

class Memory {        public static long used()        {               long total=Runtime.getRuntime().totalMemory();               long free=Runtime.getRuntime().freeMemory();               return (total-free);        } }

然后修改Handler類的invoke()方法。

public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {         Object result;         try {             System.out.print("begin method " + method.getName() + "(");             for (int i = 0; args != null && i < args.length; i++) {                   if (i > 0) System.out.print(",");                 System.out.print(" " +                         args[i].toString());             }             System.out.println(" )");             long start=Memory.used();             result = method.invoke(obj, args);             long end=Memory.used();             System.out.println("memory increased by "+(end-start)+"bytes");         } catch (InvocationTargetException e) {             throw e.getTargetException();         } catch (Exception e) {             throw new RuntimeException                     ("unexpected invocation exception: " +                     e.getMessage());         } finally {             System.out.println("end method " + method.getName());         }         return result;     }

同時(shí)我們的測試用例也做了一下改動(dòng)，測試同樣一個(gè)顯而易見的問題，比較一個(gè)長度為1000的ArrayList和HashMap所占空間的大小，接口、實(shí)現(xiàn)如下：

public interface MemoConsumer {        public void creatArray();        public void creatHashMap(); } public class MemoConsumerImpl implements MemoConsumer {          ArrayList arr=null;        HashMap hash=null;          public void creatArray() {                 arr=new ArrayList(1000);        }        public void creatHashMap() {               hash=new HashMap(1000);        } }

測試客戶端代碼如下：

MemoConsumer arrayMemo=(MemoConsumer)Handler.newInstance(new MemoConsumerImpl ());                arrayMemo.creatArray();                arrayMemo.creatHashMap();

測試結(jié)果如下：

begin method creatArray( ) memory increased by 4400bytes end method creatArray begin method creatHashMap( ) memory increased by 4480bytes end method creatHashMap

結(jié)果一幕了然，可以看到，我們只需要修改invoke()方法，然后簡單執(zhí)行客戶端調(diào)用就可以了。

6 結(jié)束語

       AOP通過分解關(guān)注點(diǎn)和OOP相得益彰，使程序更加簡潔易懂，通過Java語言本身提供的動(dòng)態(tài)代理幫助我們很容易分解關(guān)注點(diǎn)，取得了較好的效果。不過測試對(duì)象必須實(shí)現(xiàn)接口在一定程度上限制了動(dòng)態(tài)代理的使用，可以借鑒Spring中使用的CGlib來為沒有實(shí)現(xiàn)任何接口的類創(chuàng)建動(dòng)態(tài)代理。

7 參考資料

本文中提到的一些性能測試概念主要來自http://java.sun.com/docs/books/performance/

一些AOP的概念來自Jboss的http://www.jboss.org/index.html?module=html&op=userdisplay&id=developers/projects/jboss/aop

動(dòng)態(tài)代理和AOP的某些知識(shí)來自http://www.springframework.org/docs/reference/aop.html

 

8 作者聲明

東西寫的一般，不過是我辛勤勞動(dòng)所為，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，可以通過whq3721@163.com 與我聯(lián)系,http://freshman.52blog.net

本文來自：http://blog.csdn.net/freshmanya/archive/2004/11/28/196893.aspx

筆記：
    文章寫得很好，很實(shí)用。
    采用java本身的動(dòng)態(tài)代理機(jī)制實(shí)現(xiàn)的AOP來測試實(shí)現(xiàn)了某個(gè)接口的類的各個(gè)方法的性能，很妙。
    正如作者所說的，這種方式的局限性就在于只能測試實(shí)現(xiàn)了某接口的類的測試。采用AspectJ應(yīng)該會(huì)是更好的方式。

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