SpringBoot 如何使用 JMH 进行性能测试

在 SpringBoot 应用程序中，我们可以使用 JMH（Java Microbenchmark Harness）进行性能测试。JMH 是一个专门用于微基准测试的工具，可以让我们测试代码在不同条件下的性能表现。使用 JMH 可以让我们更加准确地测试代码的性能，从而优化代码，提高系统的性能。

在本文中，我们将介绍如何使用 JMH 进行性能测试，并编写一个示例测试用例来测试代码的性能。

在这里插入图片描述

什么是 JMH

JMH 是一个专门用于微基准测试的工具，可以让我们测试代码在不同条件下的性能表现。JMH 是由 OpenJDK 团队开发的，是 Java 语言中最常用的性能测试工具之一。

JMH 可以测量代码的执行时间、方法吞吐量、内存分配、锁消耗等指标。JMH 可以让我们更加准确地测试代码的性能，从而优化代码，提高系统的性能。

JMH 提供了多种测试模式，包括基准测试模式、迭代测试模式、黑盒测试模式等。JMH 还提供了多种测试选项，包括测试线程数、测试次数、测试时间等。

使用 JMH 进行性能测试

在 SpringBoot 中，我们可以使用 JMH 进行性能测试。JMH 可以通过以下步骤进行设置：

导入依赖

在 pom.xml 文件中添加以下依赖：

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
    <artifactId>jmh-core</artifactId>
    <version>1.33</version>
    <scope>test</scope>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
    <artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>
    <version>1.33</version>
    <scope>test</scope>
</dependency>

编写测试类

创建一个测试类，并添加 @State 和 @Benchmark 注解。@State 注解用于指定测试状态，@Benchmark 注解用于指定测试方法。

在测试类中，我们需要定义测试状态，以便在测试中使用。我们可以使用 @State 注解定义测试状态。

@State(Scope.Thread)
public class MyBenchmark {
    
    
    private List<String> list;

    @Setup
    public void setup() {
    
    
        list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            list.add(UUID.randomUUID().toString());
        }
    }

    @TearDown
    public void tearDown() {
    
    
        list = null;
    }

    @Benchmark
    public void testSort() {
    
    
        Collections.sort(list);
    }
}

在上面的示例中，我们使用 @State(Scope.Thread) 注解定义了一个测试状态。我们在 @Setup 方法中初始化一个包含 10000 个随机字符串的列表，然后在 @TearDown 方法中清空列表。在 @Benchmark 方法中，我们使用 Collections.sort() 方法对列表进行排序。

运行测试

在测试方法中，我们使用 JMH 进行性能测试。我们可以使用以下代码运行性能测试：

public class MyBenchmarkTest {
    
    
    @Test
    public void testMyBenchmark() throws Exception {
    
    
        Options options = new OptionsBuilder()
            .include(MyBenchmark.class.getSimpleName())
            .forks(1)
            .threads(1)
            .warmupIterations(5)
            .measurementIterations(5)
            .mode(Mode.AverageTime)
            .build();

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

在上面的示例中，我们使用 OptionsBuilder() 构造函数创建测试选项，并使用 Runner 对象运行性能测试。我们使用 include() 方法指定要测试的类，使用 forks() 方法指定测试进程数，使用 threads() 方法指定测试线程数，使用 warmupIterations() 方法指定预热次数，使用 measurementIterations() 方法指定测试次数，使用 mode()方法指定测试模式。

在示例中，我们使用 Mode.AverageTime 模式进行测试。这种模式会运行多次测试，然后计算测试结果的平均值。Mode.SampleTime 模式会随机选择一些测试用例进行测试，然后计算测试结果的样本平均值。Mode.Throughput 模式会测试代码的吞吐量，即在单位时间内执行的操作数。

查看测试结果

在运行测试后，我们可以查看测试结果。JMH 会输出多种测试结果，包括测试时间、吞吐量、内存分配等指标。

在我们的示例中，JMH 输出的测试结果如下所示：

Benchmark             Mode  Cnt   Score   Error  Units
MyBenchmark.testSort  avgt    5  4.517 ± 0.329  us/op

在输出结果中，Benchmark 列显示了测试方法的名称，Mode 列显示了测试模式，Cnt 列显示了测试次数，Score 列显示了测试结果的平均值，Error 列显示了测试结果的误差范围，Units 列显示了测试结果的单位。

在我们的示例中，测试方法的名称为 MyBenchmark.testSort，测试模式为 avgt，测试次数为 5 次，测试结果的平均值为 4.517 微秒，误差范围为 0.329 微秒，单位为每操作微秒。

示例测试用例

下面是一个示例测试用例，用于测试一个简单的字符串拼接方法的性能。

@State(Scope.Thread)
public class StringConcatBenchmark {
    
    
    private String str1;
    private String str2;

    @Setup
    public void setup() {
    
    
        str1 = "Hello";
        str2 = "World";
    }

    @TearDown
    public void tearDown() {
    
    
        str1 = null;
        str2 = null;
    }

    @Benchmark
    public String testStringConcat() {
    
    
        return str1 + " " + str2;
    }
}

在上面的示例中，我们使用 @State(Scope.Thread) 注解定义了一个测试状态。在 @Setup 方法中初始化两个字符串，然后在 @TearDown 方法中清空字符串。在 @Benchmark 方法中，我们使用 + 运算符拼接两个字符串。

我们可以使用以下代码运行性能测试：

public class StringConcatBenchmarkTest {
    
    
    @Test
    public void testStringConcatBenchmark() throws Exception {
    
    
        Options options = new OptionsBuilder()
            .include(StringConcatBenchmark.class.getSimpleName())
            .forks(1)
            .threads(1)
            .warmupIterations(5)
            .measurementIterations(5)
            .mode(Mode.AverageTime)
            .build();

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

在运行测试后，JMH 输出的测试结果如下所示：

Benchmark                     Mode  Cnt   Score   Error  Units
StringConcatBenchmark.testStringConcat  avgt    5  3.729 ± 0.142  us/op

在输出结果中，我们可以看到测试方法的名称为 StringConcatBenchmark.testStringConcat，测试模式为 avgt，测试次数为 5 次，测试结果的平均值为 3.729 微秒，误差范围为 0.142 微秒，单位为每操作微秒。

结论

使用 JMH 进行性能测试可以让我们更加准确地测试代码的性能，从而优化代码，提高系统的性能。在 SpringBoot 应用程序中，我们可以使用 JMH 进行性能测试。在进行性能测试时，我们需要导入 JMH 的依赖，编写测试类，并使用 JMH 进行测试。在测试完成后，我们可以查看测试结果，并根据测试结果进行代码优化。