四种优雅的统计代码耗时方法

Posted 2022-02-22 androidstarjack

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作者：Jitwxs

一、前言

代码耗时统计在日常开发中算是一个十分常见的需求，特别是在需要找出代码性能瓶颈时。

可能也是受限于 Java 的语言特性，总觉得代码写起来不够优雅，大量的耗时统计代码，干扰了业务逻辑。特别是开发功能的时候，有个感受就是刚刚开发完代码很清爽优雅，结果加了一大堆辅助代码后，整个代码就变得臃肿了，自己看着都挺难受。因此总想着能不能把这块写的更优雅一点，今天本文就尝试探讨下“代码耗时统计”这一块。

在开始正文前，先说下前提，“代码耗时统计”的并不是某个方法的耗时，而是任意代码段之间的耗时。这个代码段，可能是一个方法中的几行代码，也有可能是从这个方法的某一行到另一个被调用方法的某一行，因此通过 AOP 方式是不能实现这个需求的。

二、常规方法

2.1 时间差统计

这种方式是最简单的方法，记录下开始时间，再记录下结束时间，计算时间差即可。

public class TimeDiffTest 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        final long startMs = TimeUtils.nowMs();


        TimeUnit.SECONDS.sleep(5); // 模拟业务代码


        System.out.println("timeCost: " + TimeUtils.diffMs(startMs));
    



/* output: 
timeCost: 5005
*/

public class TimeUtils 
    /**
     * @return 当前毫秒数
     */
    public static long nowMs() 
        return System.currentTimeMillis();
    


    /**
     * 当前毫秒与起始毫秒差
     * @param startMillis 开始纳秒数
     * @return 时间差
     */
    public static long diffMs(long startMillis) 
       return diffMs(startMillis, nowMs());
    

这种方式的优点是实现简单，利于理解；缺点就是对代码的侵入性较大，看着很傻瓜，不优雅。

2.2 StopWatch

第二种方式是参考 StopWatch ，StopWatch 通常被用作统计代码耗时，各个框架和 Common 包都有自己的实现。

public class TraceWatchTest 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        TraceWatch traceWatch = new TraceWatch();


        traceWatch.start("function1");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
        traceWatch.stop();


        traceWatch.start("function2");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
        traceWatch.stop();


        traceWatch.record("function1", 1); // 直接记录耗时


        System.out.println(JSON.toJSONString(traceWatch.getTaskMap()));
    



/* output: 
"function2":["data":1000,"taskName":"function2"],"function1":["data":1000,"taskName":"function1","data":1,"taskName":"function1"]
*/

public class TraceWatch 
    /** Start time of the current task. */
    private long startMs;


    /** Name of the current task. */
    @Nullable
    private String currentTaskName;


    @Getter
    private final Map<String, List<TaskInfo>> taskMap = new HashMap<>();


    /**
     * 开始时间差类型指标记录，如果需要终止，请调用 @link #stop()
     *
     * @param taskName 指标名
     */
    public void start(String taskName) throws IllegalStateException 
        if (this.currentTaskName != null) 
            throw new IllegalStateException("Can't start TraceWatch: it's already running");
        
        this.currentTaskName = taskName;
        this.startMs = TimeUtils.nowMs();
    


    /**
     * 终止时间差类型指标记录，调用前请确保已经调用
     */
    public void stop() throws IllegalStateException 
        if (this.currentTaskName == null) 
            throw new IllegalStateException("Can't stop TraceWatch: it's not running");
        
        long lastTime = TimeUtils.nowMs() - this.startMs;


        TaskInfo info = new TaskInfo(this.currentTaskName, lastTime);


        this.taskMap.computeIfAbsent(this.currentTaskName, e -> new LinkedList<>()).add(info);


        this.currentTaskName = null;
    


    /**
     * 直接记录指标数据，不局限于时间差类型
     *  @param taskName 指标名
     * @param data 指标数据
     */
    public void record(String taskName, Object data) 
        TaskInfo info = new TaskInfo(taskName, data);


        this.taskMap.computeIfAbsent(taskName, e -> new LinkedList<>()).add(info);
    


    @Getter
    @AllArgsConstructor
    public static final class TaskInfo 
        private final String taskName;


        private final Object data;
    

我是仿照 org.springframework.util.StopWatch 的实现，写了 TraceWatch 类，这个方法提供了两种耗时统计的方法：

通过调用 Start(name) 和 Stop() 方法，进行耗时统计。

通过调用 Record(name, timeCost)，方法，直接记录耗时信息。

这种方式本质上和“时间差统计”是一致的，只是抽取了一层，稍微优雅了一点。

注：你可以根据自己的业务需要，自行修改 TraceWatch 内部的数据结构，我这里简单起见，内部的数据结构只是随便举了个例子。

三、高级方法

第二节提到的两种方法，用大白话来说都是“直来直去”的感觉，我们还可以尝试把代码写的更简便一点。

3.1 Function

在 jdk 1.8 中，引入了 java.util.function 包，通过该类提供的接口，能够实现在指定代码段的上下文执行额外代码的功能。

public class TraceHolderTest 
    public static void main(String[] args) 
        TraceWatch traceWatch = new TraceWatch();


        TraceHolder.run(traceWatch, "function1", i -> 
            try 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
        );


        String result = TraceHolder.run(traceWatch, "function2", () -> 
            try 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
                return "YES";
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
                return "NO";
            
        );


        TraceHolder.run(traceWatch, "function1", i -> 
            try 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
        );


        System.out.println(JSON.toJSONString(traceWatch.getTaskMap()));
    



/* output: 
"function2":["data":1004,"taskName":"function2"],"function1":["data":1001,"taskName":"function1","data":1002,"taskName":"function1"]
*/

public class TraceHolder 
    /**
     * 有返回值调用
     */
    public static <T> T run(TraceWatch traceWatch, String taskName, Supplier<T> supplier) 
        try 
            traceWatch.start(taskName);


            return supplier.get();
         finally 
            traceWatch.stop();
        
    


    /**
     * 无返回值调用
     */
    public static void run(TraceWatch traceWatch, String taskName, IntConsumer function) 
        try 
            traceWatch.start(taskName);


            function.accept(0);
         finally 
            traceWatch.stop();
        
    

这里我利用了 Supplier 和 IntConsumer 接口，对外提供了有返回值和无返回值得调用，在 TraceHolder 类中，在核心代码块的前后，分别调用了前文的 TraceWatch 的方法，实现了耗时统计的功能。

3.2 AutoCloseable

除了利用 Function 的特性，我们还可以使用 jdk 1.7 的 AutoCloseable 特性。说 AutoCloseable 可能有同学没听过，但是给大家展示下以下代码，就会立刻明白是什么东西了。

// 未使用 AutoCloseable
public static String readFirstLingFromFile(String path) throws IOException 
    BufferedReader br = null;
    try 
        br = new BufferedReader(new FileReader(path));
        return br.readLine();
     catch (IOException e) 
        e.printStackTrace();
     finally 
        if (br != null) 
            br.close();
        
    
    return null;



// 使用 AutoCloseable
public static String readFirstLineFromFile(String path) throws IOException 
    try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(path))) 
        return br.readLine();
    

在 try 后方可以加载一个实现了 AutoCloseable 接口的对象，该对象作用于整个 try 语句块中，并且在执行完毕后回调 AutoCloseable#close() 方法。

让我们对 TraceWatch 类进行改造：

实现 AutoCloseable 接口，实现 close() 接口：

@Override
public void close() 
    this.stop();

public TraceWatch start(String taskName) throws IllegalStateException 
    if (this.currentTaskName != null) 
        throw new IllegalStateException("Can't start TraceWatch: it's already running");
    
    this.currentTaskName = taskName;
    this.startMs = TimeUtils.nowMs();


    return this;

public class AutoCloseableTest 
    public static void main(String[] args) 
        TraceWatch traceWatch = new TraceWatch();


        try(TraceWatch ignored = traceWatch.start("function1")) 
            try 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
        


        try(TraceWatch ignored = traceWatch.start("function2")) 
            try 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
        


        try(TraceWatch ignored = traceWatch.start("function1")) 
            try 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
        


        System.out.println(JSON.toJSONString(traceWatch.getTaskMap()));
    



/* output: 
"function2":["data":1001,"taskName":"function2"],"function1":["data":1002,"taskName":"function1","data":1002,"taskName":"function1"]
*/

四、总结

本文列举了四种统计代码耗时的方法：

时间差统计

StopWatch

Function

AutoCloseable

列举的方案是我目前能想到的方案。当然可能有更加优雅的方案，希望有相关经验的同学一起交流下~

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