原始Benchmark做法

在设计新框架的时候,往往需要评估待接入的组件的性能,这个时候我们可能会利用UnitTest来进行,写一个方法,然后在循环里面跑,利用System.CurrentTimeMillis()来评估组件性能。然而这种机制,只是跑在了主线程中,无法将组件的性能全部测算出来。当单线程测算的性能已经到达极限的瑟吉欧鸡皮,无论怎么增加循环次数,OPS都不会有显著的提升。

上面的方案不怎么靠谱后,我们转向了多线程测算。一般都是在本地开几个线程,然后循环处理。之后再利用System.CurrentTimeMillis()的差值来评估组件性能。此种方法虽然更为靠谱了一些,但是依然面临着样本循环次数小,统计难度大,统计分类不全的特点。如果想测算的更精细,怕是没有个一时半会,得不到什么有效结果。

很显然你,上面的方法,是生产力低下的做法,那么有什么方法能够一劳永逸呢?

JMH Benchmark做法

今天我们将会讲解基于openjdk构建的jmh benchmark的做法,此种做法在github上很流行,很多开源代码都会在readme中附带上自己的benchmark,通俗易懂,而且让我们对性能有大概的了解。究竟如何做到的呢?

首先,我们需要引入maven包:

        <!--bench mark-->
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
<artifactId>jmh-core</artifactId>
<version>1.19</version>
<!--<scope>test</scope>-->
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
<artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>
<version>1.19</version>
<!--<scope>test</scope>-->
</dependency>

引入jmh-core和jmh-generator-annprocess的作用是利用其做真正的benchmark操作。注意,在运行的时候,需要注释掉scope,然后先clean,然后package,最后install,一定要进行install操作,否则会提示配置文件找不到的问题。benchmark类不要放到unittest目录下,否则启动报错。

然后,编写我们的benchmark代码,这里我以local cache为例来做介绍:

package com.jd.limitbuy.common.cache.offheap.local;

import org.openjdk.jmh.annotations.*;
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.UUID;
import java.util.concurrent.TimeUnit; /**
* @author shichaoyang
* @Description: local cache组件的benchmark
* @date 2018-08-16 11:04
*/ @BenchmarkMode(Mode.Throughput)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.SECONDS)
@State(Scope.Thread)
public class localCacheBenchmark { private LocalCacheBuilder localCacheBuilder; private LocalCacheWrapper localCacheWrapper; @Setup
public void init() { localCacheBuilder = new LocalCacheBuilder();
localCacheBuilder.Init(); localCacheWrapper = new LocalCacheWrapper(localCacheBuilder); localCacheWrapper.set("my_benchmark_key", "this is my first benchmark!!!!!", "localMap1"); localCacheWrapper.hset("my_benchmark_key_hash", "my_hash_key", "this is my first benchmark!!!!!", "localMap1"); localCacheWrapper.sadd("my_benchmark_key_set", "this is my hash benchmark!!!!!", "localMap1"); localCacheWrapper.zadd("my_benchmark_key_zset", "start_val", 100, "localMap1"); localCacheWrapper.zadd("my_benchmark_key_zset", "end_val", 101, "localMap1");
} /**
* GroupThreads 并发线程数设置为3,可以打出接口最大的ops
*/ @Benchmark
@GroupThreads(4)
public String testLocalCacheSet() {
localCacheWrapper.set(UUID.randomUUID().toString(), "this is my first benchmark!!!!!", "localMap1");
return "ok";
} /**
* GroupThreads 并发线程数设置为3,可以打出接口最大的ops
*/
@Benchmark
@GroupThreads(4)
public String testLocalCacheGet() {
return localCacheWrapper.get("my_benchmark_key", "localMap1");
} @Benchmark
@GroupThreads(4)
public String testLocalCacheHSet() {
localCacheWrapper.hset(UUID.randomUUID().toString(), UUID.randomUUID().toString(), "this is my hash benchmark!!!!!", "localMap1");
return "ok";
} @Benchmark
@GroupThreads(4)
public String testLocalCacheHGet() {
return localCacheWrapper.hget("my_benchmark_key_hash", "my_hash_key", "localMap1");
} @Benchmark
@GroupThreads(4)
public String testLocalCacheHGetAll() {
localCacheWrapper.hgetAll("my_benchmark_key_hash", "localMap1");
return "ok";
} @Benchmark
@GroupThreads(4)
public String testLocalCacheSAdd() {
localCacheWrapper.sadd("slkfjskldfjsdklf", UUID.randomUUID().toString(), "localMap1");
return "ok";
} @Benchmark
@GroupThreads(4)
public String testLocalCacheSmember() {
localCacheWrapper.smembers("my_benchmark_key_set", "localMap1");
return "ok";
} @Benchmark
@GroupThreads(4)
public String testLocalCacheZAdd() {
localCacheWrapper.zadd(UUID.randomUUID().toString(), UUID.randomUUID().toString(), 100, "localMap1");
return "ok";
} @Benchmark
@GroupThreads(4)
public String testLocalCacheZRange() {
localCacheWrapper.zrange("my_benchmark_key_zset", "start_val", "end_val", "localMap1");
return "ok";
} public static void main(String[] args) throws RunnerException {
Options opt = new OptionsBuilder()
.include(localCacheBenchmark.class.getSimpleName())
.forks(1)
.build();
new Runner(opt).run();
}
}

BenchmarkMode(Mode.Throughput)设置,主要是为了测试方法的ops性能。

OutputTimeUnit(TimeUnit.SECONDS) 设置,主要是以秒为单位进行输出,其实就是ops(operation per second)。

Setup设置,主要是为了对进行benchmark的类进行初始化操作。 注意,要进行benchmark测试的类,必须使用带参构造注入方式来进行,不能使用@Resource或者@Autowired等方式来进行注入,否则运行起来的时候会报NullPointer Exception,因为jmh不支持这种方式。所谓的带参构造注入,就是形如下面的方式:

public class OffheapCacheWrapper implements OffheapCacheStrategy {

    /**
* 构造注入
* @param offheapCacheBuilder
*/
public OffheapCacheWrapper(OffheapCacheBuilder offheapCacheBuilder) {
this.offheapCacheBuilder = offheapCacheBuilder;
} /**
* 缓存构建器
*/
private OffheapCacheBuilder offheapCacheBuilder;
}

然后在使用的时候,就可以按照benchmark代码中的方式进行实例初始化了。

Benchmark设置,主要是为了表明,此方法要进行测算。

GroupThreads设置,主要是对当前方法使用的并发数,如果机器为4核,那么这个数设置为4是最合适的。这和我们本地开启4个多线程测试的原理是一样的。

最后就是main方法了。每个benchmark测算类里面都要包含一个main的入口方法。入口方法的写法可以按照如上的写法进行书写即可。之后可以运行此main方法,就可以看到benchmark开始了,显示日志如下:

# JMH version: 1.19
# VM version: JDK 1.8.0_162, VM 25.162-b12
# VM invoker: C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_162\jre\bin\java.exe
# VM options: -Dvisualvm.id=95286622200089 -javaagent:D:\soft\IntelliJ IDEA 2017.2.4\lib\idea_rt.jar=51200:D:\soft\IntelliJ IDEA 2017.2.4\bin -Dfile.encoding=UTF-8
# Warmup: 20 iterations, 1 s each
# Measurement: 20 iterations, 1 s each
# Timeout: 10 min per iteration
# Threads: 4 threads, will synchronize iterations
# Benchmark mode: Throughput, ops/time
# Benchmark: com.jd.limitbuy.common.cache.offheap.local.localCacheBenchmark.testLocalCacheGet # Run progress: 0.00% complete, ETA 00:06:00
# Fork: 1 of 1
# Warmup Iteration 1: 4626030.786 ops/s
# Warmup Iteration 2: 5915177.466 ops/s
# Warmup Iteration 3: 5250390.707 ops/s
# Warmup Iteration 4: 5821984.889 ops/s
# Warmup Iteration 5: 5878264.192 ops/s
# Warmup Iteration 6: 5958235.775 ops/s
# Warmup Iteration 7: 5872995.249 ops/s
# Warmup Iteration 8: 5776545.647 ops/s
# Warmup Iteration 9: 5698557.365 ops/s
# Warmup Iteration 10: 5408015.908 ops/s
# Warmup Iteration 11: 5369501.297 ops/s
# Warmup Iteration 12: 5656644.350 ops/s
# Warmup Iteration 13: 5927929.754 ops/s
# Warmup Iteration 14: 4925956.931 ops/s
# Warmup Iteration 15: 5073723.984 ops/s
# Warmup Iteration 16: 5562728.644 ops/s
# Warmup Iteration 17: 5404073.901 ops/s
# Warmup Iteration 18: 5710289.068 ops/s
# Warmup Iteration 19: 5279941.519 ops/s
# Warmup Iteration 20: 5313558.528 ops/s
Iteration 1: 5479700.075 ops/s
Iteration 2: 5435900.429 ops/s
Iteration 3: 5644384.753 ops/s
Iteration 4: 5439492.270 ops/s
Iteration 5: 4821232.721 ops/s
Iteration 6: 5255550.541 ops/s
Iteration 7: 5328415.572 ops/s
Iteration 8: 5303100.251 ops/s
Iteration 9: 5608949.378 ops/s
Iteration 10: 5493709.321 ops/s
Iteration 11: 5656755.883 ops/s
Iteration 12: 5342198.063 ops/s
Iteration 13: 5356092.929 ops/s
Iteration 14: 5448346.884 ops/s
Iteration 15: 5594615.720 ops/s
Iteration 16: 5263648.663 ops/s
Iteration 17: 5820217.743 ops/s
Iteration 18: 3766476.832 ops/s
Iteration 19: 5430792.407 ops/s
Iteration 20: 5607185.081 ops/s Result "com.jd.limitbuy.common.cache.offheap.local.localCacheBenchmark.testLocalCacheGet":
5354838.276 ±(99.9%) 371083.594 ops/s [Average]
(min, avg, max) = (3766476.832, 5354838.276, 5820217.743), stdev = 427340.418
CI (99.9%): [4983754.682, 5725921.870] (assumes normal distribution)

上面就是testLocalCacheGet方法的完整benchmark效果,我们可以看到起了4个线程,遍历了20次,每次都有一个ops。 最后的统计部分可以看到ops的具体值和偏差部分。可以说非常详尽。

当所有的方法都测算完毕之后,会汇总统计数据如下:

Benchmark                                   Mode  Cnt        Score        Error  Units
localCacheBenchmark.testLocalCacheGet thrpt 20 5367451.445 ± 299325.857 ops/s
localCacheBenchmark.testLocalCacheHGet thrpt 20 1878476.142 ± 44977.163 ops/s
localCacheBenchmark.testLocalCacheHGetAll thrpt 20 2597442.245 ± 148661.259 ops/s
localCacheBenchmark.testLocalCacheHSet thrpt 20 39059.991 ± 60782.779 ops/s
localCacheBenchmark.testLocalCacheSAdd thrpt 20 231858.138 ± 80494.757 ops/s
localCacheBenchmark.testLocalCacheSet thrpt 20 168179.683 ± 145495.126 ops/s
localCacheBenchmark.testLocalCacheSmember thrpt 20 2650997.831 ± 97273.369 ops/s
localCacheBenchmark.testLocalCacheZAdd thrpt 20 56061.015 ± 73744.916 ops/s
localCacheBenchmark.testLocalCacheZRange thrpt 20 1682366.032 ± 75684.334 ops/s

这样我们就可以评估每个方法的ops性能了。

同样,如果想评估方法的tp50,tp99,tp999性能,只需要将BenchmarkMode改成Mode.AverageTime即可。非常方便。

注意,如果你使用idea,需要下载jmh-plugin插件支持。

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