Table of Contents

一. 简介

二. 安装 [ idea plug ]

三. 注解

@Benchmark

@Warmup

@Measurement

@BenchmarkMode

@OutputTimeUnit

@State

@Param

@Threads

四.使用样例

4.1.修改pom.xml配置文件

4.2.测试map的循环输出效率

4.2.1.代码

4.2.2.结果:

4.2.3.原因.

4.3.测试list的循环效果

4.3.1.代码

4.3.2. 结果

五.官方网站&示例

一. 简介

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 官方发布的工具。其精度可以达到毫秒级.可以执行一个函数需要多少时间,或者一个算法有多种不同实现等情况下,选择一个性能最好的那个.

Java的基准测试需要注意的几个点：

测试前需要预热。

防止无用代码进入测试方法中。

并发测试。

测试结果呈现。

预热？为什么要预热？ ???????????

因为 JVM 的 JIT 机制的存在，如果某个函数被调用多次之后，JVM 会尝试将其编译成为机器码从而提高执行速度。为了让 benchmark 的结果更加接近真实情况就需要进行预热。

JMH的使用场景：

定量分析某个热点函数的优化效果

想定量地知道某个函数需要执行多长时间，以及执行时间和输入变量的相关性

对比一个函数的多种实现方式

二. 安装 [ idea plug ]

2.1 直接在Plugins的面板搜索 JMH 安装JMH plugin .

2.2 配置idea , 即可.

三. 注解

@Benchmark

@Benchmark标签是用来标记测试方法的，只有被这个注解标记的话，该方法才会参与基准测试，但是有一个基本的原则就是被@Benchmark标记的方法必须是public的。

@Warmup

@Warmup用来配置预热的内容，可用于类或者方法上，越靠近执行方法的地方越准确。一般配置warmup的参数有这些：

iterations：预热的次数。
time：每次预热的时间。
timeUnit：时间单位，默认是s。
batchSize：批处理大小，每次操作调用几次方法。（后面用到）

@Measurement

用来控制实际执行的内容，配置的选项本warmup一样。

@BenchmarkMode

@BenchmarkMode主要是表示测量的维度，有以下这些维度可供选择：

Mode.Throughput 吞吐量维度

Mode.AverageTime 平均时间

Mode.SampleTime 抽样检测

Mode.SingleShotTime 检测一次调用

Mode.All 运用所有的检测模式在方法级别指定@BenchmarkMode的时候可以一定指定多个纬度，例如： @BenchmarkMode({Mode.Throughput, Mode.AverageTime, Mode.SampleTime, Mode.SingleShotTime})，代表同时在多个纬度对目标方法进行测量。

@OutputTimeUnit

@OutputTimeUnit代表测量的单位，比如秒级别，毫秒级别，微妙级别等等。一般都使用微妙和毫秒级别的稍微多一点。该注解可以用在方法级别和类级别，当用在类级别的时候会被更加精确的方法级别的注解覆盖，原则就是离目标更近的注解更容易生效。

@State

在很多时候我们需要维护一些状态内容，比如在多线程的时候我们会维护一个共享的状态，这个状态值可能会在每隔线程中都一样，也有可能是每个线程都有自己的状态，JMH为我们提供了状态的支持。该注解只能用来标注在类上，因为类作为一个属性的载体。 @State的状态值主要有以下几种：

Scope.Benchmark 该状态的意思是会在所有的Benchmark的工作线程中共享变量内容。

Scope.Group 同一个Group的线程可以享有同样的变量

Scope.Thread 每隔线程都享有一份变量的副本，线程之间对于变量的修改不会相互影响。

下面看两个常见的@State的写法：

1.直接在内部类中使用@State作为“PropertyHolder”

public class JMHSample_03_States {

    @State(Scope.Benchmark)
    public static class BenchmarkState {
        volatile double x = Math.PI;
    }

    @State(Scope.Thread)
    public static class ThreadState {
        volatile double x = Math.PI;
    }

    @Benchmark
    public void measureUnshared(ThreadState state) {
        state.x++;
    }

    @Benchmark
    public void measureShared(BenchmarkState state) {
        state.x++;
    }

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(JMHSample_03_States.class.getSimpleName())
                .threads(4)
                .forks(1)
                .build();

        new Runner(opt).run();
    }
}

2.在Main类中直接使用@State作为注解，是Main类直接成为“PropertyHolder”
@State(Scope.Thread)
public class JMHSample_04_DefaultState {
    double x = Math.PI;

    @Benchmark
    public void measure() {
        x++;
    }

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(JMHSample_04_DefaultState.class.getSimpleName())
                .forks(1)
                .build();

        new Runner(opt).run();
    }
}

我们试想以下@State的含义，它主要是方便框架来控制变量的过程逻辑，通过@State标示的类都被用作属性的容器，然后框架可以通过自己的控制来配置不同级别的隔离情况。被@Benchmark标注的方法可以有参数，但是参数必须是被@State注解的，就是为了要控制参数的隔离。

但是有些情况下我们需要对参数进行一些初始化或者释放的操作，就像Spring提供的一些init和destory方法一样，JHM也提供有这样的钩子：

@Setup 必须标示在@State注解的类内部，表示初始化操作
@TearDown 必须表示在@State注解的类内部，表示销毁操作

初始化和销毁的动作都只会执行一次。



import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;
import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;


@BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试完成时间
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@Warmup(iterations = 2, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 2 轮，每次 1s
@Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 测试 5 轮，每次 3s
@Fork(1) // fork 1 个线程
@State(Scope.Thread) // 每个测试线程一个实例
public class JMHSample_05_StateFixtures {
    double x;

    @Setup
    public void prepare() {
        System.out.println("This is Setup ");
        x = Math.PI;
    }

    @TearDown
    public void check() {
        System.out.println("This is TearDown ");
        assert x > Math.PI : "Nothing changed?";
    }

    @Benchmark
    public void measureRight() {
        x++;
    }

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(JMHSample_05_StateFixtures.class.getSimpleName())
                .forks(1)
                .jvmArgs("-ea")
                .build();

        new Runner(opt).run();
    }
}

虽然我们可以执行初始化和销毁的动作，但是总是感觉还缺点啥？对，就是初始化的粒度。因为基准测试往往会执行多次，那么能不能保证每次执行方法的时候都初始化一次变量呢？ @Setup和@TearDown提供了以下三种纬度的控制：

Level.Trial 只会在个基础测试的前后执行。包括Warmup和Measurement阶段，一共只会执行一次。

Level.Iteration 每次执行记住测试方法的时候都会执行，如果Warmup和Measurement都配置了2次执行的话，那么@Setup和@TearDown配置的方法的执行次数就4次。

Level.Invocation 每个方法执行的前后执行（一般不推荐这么用）

@Param

在很多情况下，我们需要测试不同的参数的不同结果，但是测试的了逻辑又都是一样的，因此如果我们编写镀铬benchmark的话会造成逻辑的冗余，幸好JMH提供了@Param参数来帮助我们处理这个事情，被@Param注解标示的参数组会一次被benchmark消费到。

@State(Scope.Benchmark)
public class ParamTest {

    @Param({"1", "2", "3"})
    int testNum;

    @Benchmark
    public String test() {
        return String.valueOf(testNum);
    }

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(ParamTest.class.getSimpleName())
                .forks(1)
                .build();

        new Runner(opt).run();
    }
}

@Threads

测试线程的数量，可以配置在方法或者类上，代表执行测试的线程数量。

通常看到这里我们会比较迷惑Iteration和Invocation区别，我们在配置Warmup的时候默认的时间是的1s，即1s的执行作为一个Iteration，假设每次方法的执行是100ms的话，那么1个Iteration就代表10个Invocation。

四.使用样例

4.1.修改pom.xml配置文件

   <dependencies>
        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jmh/jmh-core -->
        <dependency>
            <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
            <artifactId>jmh-core</artifactId>
            <version>1.23</version>
        </dependency>
        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jmh/jmh-generator-annprocess -->
        <dependency>
            <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
            <artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>
            <version>1.23</version>
            <scope>provided</scope>
        </dependency>

    </dependencies>

4.2.测试map的循环输出效率

4.2.1.代码

package com.map;

import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;
import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试完成时间
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@Warmup(iterations = 2, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 2 轮，每次 1s
@Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 测试 5 轮，每次1s
@Fork(1) // fork 1 个线程
@State(Scope.Thread) // 每个测试线程一个实例
public class HashMapTest {
    static Map<Integer, String> map = new HashMap() {{
        // 添加数据
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            put(i, "val:" + i);
        }
    }};

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        // 启动基准测试
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(HashMapTest.class.getSimpleName()) // 要导入的测试类
//                .output("/a/jmh-map.log") // 输出测试结果的文件
                .build();
        new Runner(opt).run(); // 执行测试
    }

    @Benchmark
    public void entrySet() {
        // 遍历
        Iterator<Map.Entry<Integer, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Map.Entry<Integer, String> entry = iterator.next();
            Integer k = entry.getKey();
            String v = entry.getValue();
        }
    }

    @Benchmark
    public void forEachEntrySet() {
        // 遍历
        for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
            Integer k = entry.getKey();
            String v = entry.getValue();
        }
    }

    @Benchmark
    public void keySet() {
        // 遍历
        Iterator<Integer> iterator = map.keySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer k = iterator.next();
            String v = map.get(k);
        }
    }

    @Benchmark
    public void forEachKeySet() {
        // 遍历
        for (Integer key : map.keySet()) {
            Integer k = key;
            String v = map.get(k);
        }
    }

    @Benchmark
    public void lambda() {
        // 遍历
        map.forEach((key, value) -> {
            Integer k = key;
            String v = map.get(k);
        });
    }

    @Benchmark
    public void streamApi() {
        // 单线程遍历
        map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {
            Integer k = entry.getKey();
            String v = entry.getValue();
        });
    }

    public void parallelStreamApi() {
        // 多线程遍历
        map.entrySet().parallelStream().forEach((entry) -> {
            Integer k = entry.getKey();
            String v = entry.getValue();
        });
    }
}

4.2.2.结果:

尽量使用 map.entrySet() 进行输出. 因为性能方面照普通的循环快将近2倍.

Benchmark                    Mode  Cnt      Score       Error  Units
HashMapTest.entrySet         avgt    5  47831.209 ± 14037.126  ns/op
HashMapTest.forEachEntrySet  avgt    5  56189.356 ± 16866.246  ns/op
HashMapTest.forEachKeySet    avgt    5  75973.584 ±  7738.707  ns/op
HashMapTest.keySet           avgt    5  76458.791 ± 11008.914  ns/op
HashMapTest.lambda           avgt    5  80734.554 ±  9695.806  ns/op
HashMapTest.streamApi        avgt    5  49939.633 ± 11131.095  ns/op

4.2.3.原因.

EntrySet 之所以比 KeySet 的性能高是因为，KeySet 在循环时使用了 map.get(key)，而 map.get(key) 相当于又遍历了一遍 Map 集合去查询 key 所对应的值。为什么要用“又”这个词？那是因为在使用迭代器或者 for 循环时，其实已经遍历了一遍 Map 集合了，因此再使用 map.get(key) 查询时，相当于遍历了两遍。

而 EntrySet 只遍历了一遍 Map 集合，之后通过代码“Entry<Integer, String> entry = iterator.next()”把对象的 key 和 value 值都放入到了 Entry 对象中，因此再获取 key 和 value 值时就无需再遍历 Map 集合，只需要从 Entry 对象中取值就可以了。

所以，EntrySet 的性能比 KeySet 的性能高出了一倍，因为 KeySet 相当于循环了两遍 Map 集合，而 EntrySet 只循环了一遍。

4.3.测试list的循环效果

4.3.1.代码

package list;


import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;
import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试完成时间
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@Warmup(iterations = 2, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 2 轮，每次 1s
@Measurement(iterations = 5, time = 3, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 测试 5 轮，每次 3s
@Fork(1) // fork 1 个线程
@State(Scope.Thread) // 每个测试线程一个实例
public class ListTest {

    static LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>(){
        {
            // 添加数据
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                add(i);
            }
        }
    };

    static ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(){
        {
            // 添加数据
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                add(i);
            }
        }
    };


    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        // 启动基准测试
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(ListTest.class.getSimpleName()) // 要导入的测试类
//                .output("/a/jmh-map.log") // 输出测试结果的文件
                .build();
        new Runner(opt).run(); // 执行测试
    }

    @Benchmark
    public void linkedListFor() {
        // 遍历
        for (int i = 0 ; i < linkedList.size() ; i++) {
            int x = linkedList.get(i);
        }
    }

    @Benchmark
    public void linkedListForEach() {
        // 遍历
        for (Integer i  : linkedList ) {

        }
    }

    @Benchmark
    public void arrayListFor() {
        // 遍历
        for (int i = 0 ; i < arrayList.size() ; i++) {
            int x = arrayList.get(i);
        }
    }

    @Benchmark
    public void arrayListForEach() {
        // 遍历
        for (Integer i  : arrayList ) {

        }
    }

}

4.3.2. 结果

Benchmark                   Mode  Cnt         Score         Error  Units
ListTest.arrayListFor       avgt    5      7291.515 ±    1348.462  ns/op
ListTest.arrayListForEach   avgt    5      6955.242 ±    1587.509  ns/op
ListTest.linkedListFor      avgt    5  41467520.339 ± 8443367.361  ns/op
ListTest.linkedListForEach  avgt    5     22096.751 ±    6459.100  ns/op

五.官方网站&示例

官网: https://openjdk.java.net/projects/code-tools/jmh/

git hub idea-jmh-plugin : https://github.com/artyushov/idea-jmh-plugin

示例: https://hg.openjdk.java.net/code-tools/jmh/file/tip/jmh-samples/src/main/java/org/openjdk/jmh/samples/

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基准测试神器 - JMH [ Java Microbenchmark Harness ]

一. 简介

二. 安装 [ idea plug ]

三. 注解

@Benchmark

@Warmup

@Measurement

@BenchmarkMode

@OutputTimeUnit

@State

@Param

@Threads

四.使用样例

4.1.修改pom.xml配置文件

4.2.测试map的循环输出效率

4.2.1.代码

4.2.2.结果:

4.2.3.原因.

4.3.测试list的循环效果

4.3.1.代码

4.3.2. 结果

五.官方网站&示例