如果你想写自己的Benchmark框架

Posted 2020-12-15 flydean

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• 简介
• 八条军规
  • 第一条军规
  • 第二条军规
  • 第三条军规
  • 第四条军规
  • 第五条军规
  • 第六条军规
  • 第七条军规
  • 最后一条军规
• 总结

简介

使用过JMH的同学一定会惊叹它的神奇。JMH作为一个优秀的Benchmark框架带给了我们无数的欢乐。作为一个有极客精神的程序员，那么有没有想过去自己实现一个Benchmark框架呢？

在实现Benchmark框架的时候有需要注意些什么问题呢？快来一起看看吧。

八条军规

这里叫军规实际上不合适，只是借用一下军规的来彰显一下气势！大家不要太介意。

第一条军规

工欲善其事，必先利其器。想写好一个JMH当然需要深入了解JVM的运行原理，包括JIT，C1，C2编译器和他们的分层编译原理，JIT运行时的编译优化，包括Loop unrolling, Inlining, Dead Code Elimination,
Escape analysis, Intrinsics, Branch prediction等等。

当然，最好是参考一下大牛们写过的JMH框架，找点灵感。

最后大家要了解，Benchmark框架不是万能的。它只是在特定的环境中JVM的表现。

因为在Benchmark中我们肯定是要做循环的，一般来说就是某某方法运行多少次，这种比较简单的循环。实际上，JVM运行的代码是非常复杂的。Benchmark远远不能代表JVM的全部。

但是，见微知著，使用Benchmark还是可以一窥JVM的秘密的。

第二条军规

在JMH中，我们一般需要设置warmup和measurement的次数：

@Warmup(iterations = 10, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
@Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)

这是为什么呢？我们知道JIT中的代码是动态编译成为机器码的，并且是需要一定的时间的。

只有JIT检测到你这是热点代码，才会对其进行优化。

我们检测代码的性能，一般是指代码在稳定运行的环境中的情形。而不是指第一次或者前几次运行的时候，因为这个时候，这些代码可能并没有被编译成机器码。这样的出来的结果往往是和实际不相符的。

第三条军规

在编写Benchmark的同时，一定要开启JVM的日志。例如： -XX:+PrintCompilation, -verbose:gc等。

为什么呢？

大家想想benchmark是做什么的呢？就是统计时间的。

我们希望在运行benchmark的时候，JVM不要做任何不属于运行代码的任何事情，否则就可能会影响到benchmark的准确性。

所以开启JVM的日志就是为了做校验。不要在做benchmark的时候有其他操作。

第四条军规

注意JIT的分层编译。

因为Client VM和Server VM的出现，所以在JIT中出现了两种不同的编译器，C1 for Client VM， C2 for Server VM。

因为javac的编译只能做少量的优化，其实大量的动态优化是在JIT中做的。C2相对于C1，其优化的程度更深，更加激进。

为了更好的提升编译效率，JVM在JDK7中引入了分层编译Tiered compilation的概念。

对于JIT本身来说，动态编译是需要占用用户内存空间的，有可能会造成较高的延迟。

对于Server服务器来说，因为代码要服务很多个client，所以磨刀不误砍柴工，短暂的延迟带来永久的收益，听起来是可以接受的。

Server端的JIT编译也不是立马进行的，它可能需要收集到足够多的信息之后，才进行编译。

而对于Client来说，延迟带来的性能影响就需要进行考虑了。和Server相比，它只进行了简单的机器码的编译。

为了满足不同层次的编译需求，于是引入了分层编译的概念。

大概来说分层编译可以分为三层：

1. 第一层就是禁用C1和C2编译器，这个时候没有JIT进行。
2. 第二层就是只开启C1编译器，因为C1编译器只会进行一些简单的JIT优化，所以这个可以应对常规情况。
3. 第三层就是同时开启C1和C2编译器。

在JDK7中，你可以使用下面的命令来开启分层编译：

-XX:+TieredCompilation

而在JDK8之后，恭喜你，分层编译已经是默认的选项了，不用再手动开启。

Client编译和Server编译，甚至是OSR都是不同的。大家在写Benchmark的时候一定要注意。

第五条军规

注意初始化对性能的影响。

如果需要加载类，一定要在warmup的阶段进行加载，除非你是想去测试加载的时间。否则会对测试结果有影响。

同时也不要计算第一次print的时间，因为print也会加载和初始化一些类。

第六条军规

要注意反优化和重编译的影响。

JIT在下面的几个特殊的情况下，需要对代码进行返优化：

有些特殊的情况下面，确实是需要进行反优化的。

下面是比较常见的情况：

1. 需要调试的情况

如果代码正在进行单个步骤的调试，那么之前被编译成为机器码的代码需要反优化回来，从而能够调试。

2. 代码废弃的情况

当一个被编译过的方法，因为种种原因不可用了，这个时候就需要将其反优化。

3. 优化之前编译的代码

有可能出现之前优化过的代码可能不够完美，需要重新优化的情况，这种情况下同样也需要进行反优化。

重编译是指JIT可能会重新优化代码，导致重新编译。

所以这条规则要求我们warmup的时间要尽可能的长。以便让JIT充分优化。

第七条军规

在使用benchMark得出结论之前，一定要去认真的理解JVM的底层代码（Assembly code），找到其现象的本质。

千万不要冲动的下结论。最好是使用可视化的工具来分析。比如说jitwatch。

最后一条军规

在测试的时候一定要避免其他程序的影响 。

比如说两次测试，第一次测试是单机运行，第二次测试是在有其他服务正在运行的情况下进行的。

很显然这两次的结果是不能做比较的。我们需要多运行，剔除噪音结果。

总结

掌握上面几条规则，相信大家也能够写出属于自己的Benchmarks。

本文链接：http://www.flydean.com/how-to-write-benchmarks/

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