测量代码段的 Java 执行时间、内存使用和 CPU 负载

Posted 2023-02-15

【中文标题】测量代码段的 Java 执行时间、内存使用和 CPU 负载

【英文标题】：Measuring Java execution time, memory usage and CPU load for a code segment

【发布时间】：2010-09-23 01:19:00

【问题描述】：

对于一段特定的 Java 代码，我想测量：

执行时间（很可能是线程执行时间）

内存使用情况

CPU 负载（具体归因于代码段）

我是一个相对的 Java 新手，不熟悉如何实现这一点。我被推荐给了JMX，但我不确定如何使用它，而且 JMX 对于我想要做的事情看起来有点“沉重”。

理想情况下，我想要一些可以告诉我想要测量什么的测量类，可以选择在代码段之前调用start() 方法，在之后调用stop() 方法。相关指标将记录到我指定的文件中。

例如：

import com.example.metricLogger;

metricLogger logger = new metricLogger();

logger.setLogPath(pathToLogFile);
logger.monitor(executionTime);
logger.monitor(memoryUsage);
logger.monitor(cpuLoad);

logger.start();

/* Code to be measured */

logger.stop();

在 Java 中是否有任何标准/通用/常规方法可以实现这一点？

此类测量仅用于一次性性能比较，因此我不寻找任何生产中的长期监控流程。

我很高兴被提及教程或外部示例，并且不希望在这里得到完整的答案。也就是说，如果可以实现上述简单的任何事情，那么一个现实的例子就会非常成功。

【参考方案1】：

分析可能是一个更简单的选择，因为您不需要生产中的统计信息。分析也不需要修改代码。 VisualVM（附带 JDK 1.6.06+）是一个简单的工具。如果您想要更深入的内容，我会使用 Eclipse TPTP、Netbeans profiler 或 JProfiler(pay)。

如果您想自己编写，请考虑以下几点：

执行时间等简单测量可以通过“计时”您感兴趣的部分来完成：

long start = System.nanoTime(); // requires java 1.5
// Segment to monitor
double elapsedTimeInSec = (System.nanoTime() - start) * 1.0e-9;

您可以使用类似的技术通过 Runtime.getRuntime().*memory() 方法监控内存。请记住，在垃圾收集环境中跟踪内存使用情况比简单的减法要复杂。

CPU 负载在 Java 中很难衡量，我通常坚持执行时间并优化较长/重复的部分

【讨论】：

其测量结果可能包括垃圾收集时间、JIT 编译器花费的时间、其他进程在操作系统中花费的时间、其他进程花费的时间或执行“要监控的段”可能比调用nanoTime() 的时间小两个数量级。仅仅因为nanoTime() 返回纳秒并不意味着它的分辨率如此之高。

OP 还要求测量内存使用情况。那些分析器可以测量吗？ （我怀疑不是）

【参考方案2】：

使用 ThreadMXBean，您可以获得单个线程的 CPU 使用率和消耗的 CPU 时间，而不是可能有用的经过时间。

但是，使用分析器通常更简单，因为此过程通常会生成大量数据，您需要一个良好的可视化工具来查看发生了什么。

我使用 Yourkit，因为我发现解决我使用过的其他分析器的问题更容易。 我还使用了内置的 hprof，因为这可以让您对应用程序的配置文件有不同的看法（但没那么有用）

【讨论】：

另请参阅有关 ThreadMXBean 的教程：nadeausoftware.com/articles/2008/03/…

【参考方案3】：

使用 Java Profiler 是最好的选择，它可以让您深入了解代码。即响应时间、线程调用跟踪、内存利用率等

我会推荐你​​JENSOR，这是一个开源的 Java Profiler，因为它易于使用且 CPU 开销低。您可以下载它，检测代码并获得您需要的有关代码的所有信息。

您可以从以下地址下载：http://jensor.sourceforge.net/

【讨论】：

探查器不可能有 no cpu 开销。虽然这个可能有特别少的开销，但我不知道这个。

【参考方案4】：

我们可以通过收集执行期间的 cpu 和内存指标来测量特定调用方法期间使用的 cpu 和内存。 当然，如果其他方法的其他并发线程在执行过程中消耗了内存和cpu，你就会卡住。因此，当您能够以隔离的方式执行方法时，这是一种有效的方法。

对于 CPU，你可以得到它的当前值：

OperatingSystemMXBean osBean = ManagementFactory.getPlatformMXBean(
            OperatingSystemMXBean.class); 
double processCpuLoad = osBean.getProcessCpuLoad();

为了内存，你可以这样做：

MemoryMXBean memoryMXBean = ManagementFactory.getMemoryMXBean();
int currentHeapUsedInMo = (int) (memoryMXBean.getHeapMemoryUsage().getUsed() / 1_000_000);

关于内存测量，在执行该方法之前等待一个主要收集提高了它的可靠性。

例如，类似的事情可能会有所帮助：

import com.google.common.testing.GcFinalization;

GcFinalization.awaitFullGc();
foo.execute(); // method to execute

GcFinalization 来自Guava test library。

所有这些都几乎没有开销。因此，想法是为您要监视的每个调用方法收集指标（例如每秒），并在方法返回时计算最大值/平均值或任何有用的信息。

我希望 AOP 这样做。 Spring AOP 是一种创建切面并为其设置切入点的简单而好方法，但如果您需要一些关于 AOP 特性的特定内容，也可以使用 AspectJ 来完成。