Java程序性能測試
1 概述
在開發(fā)中，性能測試是設計初期容易忽略的問題，開發(fā)人員會為了解決一個問題而“不擇手段”，作者所參與的項目中也遇到了類似問題，字符串拼接、大量的網絡調用和數(shù)據(jù)庫訪問等等都對系統(tǒng)的性能產生了影響，可是大家不會關心這些問題，“CPU速度在變快”，“內存在變大”，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)當中顯得有些遙遠而又昂貴。
2 目標
本文將講述如何利用Java語言本身提供的方法在開發(fā)中進行性能測試，找到系統(tǒng)瓶頸，進而改進設計；并且在盡量不修改測試對象的情況下進行測試。
3 預備知識
面向對象編程通過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，這些問題可能在多個模塊中都出現(xiàn)，像日志功能，為了記錄每個方法進入和離開時的信息，你不得不在每個方法里添加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散落在多個模塊中會使冗余增大，并且當很多個功能點出現(xiàn)在一個模塊中時，代碼變的很難維護。因此，AOP（Aspect Oriented Programming）應運而生。如果說OOP（Aobject Oriented Programming）關注的是一個類的垂直結構，那么AOP是從水平角度來看待問題。
動態(tài)代理類可以在運行時實現(xiàn)若干接口，每一個動態(tài)代理類都有一個Invocation handler對象與之對應，這個對象實現(xiàn)了InvocationHandler接口，通過動態(tài)代理的接口對動態(tài)代理對象的方法調用會轉而會調用Invocation handler對象的invoke方法，通過動態(tài)代理實例、方法對象和參數(shù)對象可以執(zhí)行調用并返回結果。
說到AOP，大家首先會想到的是日志記錄、權限檢查和事務管理，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方面：
l 計算性能：可能是人們首先關心的，簡單的說就是執(zhí)行一段代碼所用的時間
l 內存消耗：程序運行所占用的內存大小
l 啟動時間：從你啟動程序到程序正常運行的時間
l 可伸縮性(scalability)
l 用戶察覺性能(perceived performance)：不是程序實際運行有多快,而是用戶感覺程序運行有多快.
本文主要給出了計算性能測試和內存消耗測試的可行辦法。
4 計算性能測試
4.1 目標：
通過該測試可以得到一個方法執(zhí)行需要的時間
4.2實現(xiàn)：
Java為我們提供了System. currentTimeMillis()方法，可以得到毫秒級的當前時間，我們在以前的程序當中一定也寫過類似的代碼來計算執(zhí)行某一段代碼所消耗的時間。
|
long start=System.currentTimeMillis();
doSth();
long end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("time lasts "+(end-start)+"ms");
|
但是，在每個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，因為前者是隨機訪問，而后者需要順序訪問。
首先我們創(chuàng)建一個接口
|
public interface Foo {
public void testArrayList();
public void testLinkedList();
}
|
然后我們創(chuàng)建測試對象實現(xiàn)這個接口
|
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);
}
}
|
接下來我們要做關鍵的一步，實現(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();
}
}
}
|
運行的結果如下：
|
begin method testArrayList( )
the method testArrayList lasts 0ms
end method testArrayList
begin method testLinkedList( )
the method testLinkedList lasts 219ms
end method testLinkedList
|
使用動態(tài)代理的好處是你不必修改原有代碼FooImpl，但是一個缺點是你不得不寫一個接口，如果你的類原來沒有實現(xiàn)接口的話。
4.3擴展
在上面的例子中演示了利用動態(tài)代理比較兩個方法的執(zhí)行時間，有時候通過一次簡單的測試進行比較是片面的，因此可以進行多次執(zhí)行測試對象，從而計算出最差、最好和平均性能。這樣，我們才能“加快經常執(zhí)行的程序的速度，盡量少調用速度慢的程序”。
5 內存消耗測試
5.1 目標
當一個java應用程序運行時，有很多需要消耗內存的因素存在，像對象、加載類、線程等。在這里只考慮程序中的對象所消耗的虛擬機堆空間，這樣我們就可以利用Runtime 類的freeMemory()和totalMemory()方法。
5.2 實現(xiàn)
為了方便期間，我們首先添加一個類計算當前內存消耗。
|
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;
}
|
同時我們的測試用例也做了一下改動，測試同樣一個顯而易見的問題，比較一個長度為1000的ArrayList和HashMap所占空間的大小，接口、實現(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();
|
測試結果如下：
|
begin method creatArray( )
memory increased by 4400bytes
end method creatArray
begin method creatHashMap( )
memory increased by 4480bytes
end method creatHashMap
|
結果一幕了然，可以看到，我們只需要修改invoke()方法，然后簡單執(zhí)行客戶端調用就可以了。
6 結束語
AOP通過分解關注點和OOP相得益彰，使程序更加簡潔易懂，通過Java語言本身提供的動態(tài)代理幫助我們很容易分解關注點，取得了較好的效果。不過測試對象必須實現(xiàn)接口在一定程度上限制了動態(tài)代理的使用，可以借鑒Spring中使用的CGlib來為沒有實現(xiàn)任何接口的類創(chuàng)建動態(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./docs/books/performance/
一些AOP的概念來自Jboss的http://www./index.html?module=html&op=userdisplay&id=developers/projects/jboss/aop
動態(tài)代理和AOP的某些知識來自http://www./docs/reference/aop.html
