✨JMH（Java Microbenchmark Harness）✨

JMH（Java Microbenchmark Harness）是一个专门用于编写、运行和分析Java微基准测试的工具。它由OpenJDK团队开发，旨在提供精确的基准测试结果，避免常见的基准测试陷阱，如JVM的优化、即时编译（JIT）等影响。

核心知识点

1. 基准测试的目的

   • 基准测试用于测量代码的性能，通常是在微秒或纳秒级别。
   • 它可以帮助开发者识别性能瓶颈，优化代码。

2. JMH的特点

   • 精确性：JMH通过多次迭代和预热来减少JVM优化对测试结果的影响。
   • 可配置性：可以配置测试的模式（如吞吐量、平均时间、采样时间等）。
   • 易于使用：通过注解和简单的API，开发者可以轻松编写基准测试。

3. 关键注解 ️

   • @Benchmark：标记一个方法为基准测试方法。
   • @State：标记一个类为状态类，用于存储测试中的状态。
   • @Setup 和 @TearDown：分别在基准测试开始前和结束后执行的方法。
   • @Warmup：配置预热迭代次数和时间。
   • @Measurement：配置实际测试的迭代次数和时间。
   • @Fork：配置JVM实例的fork次数。

4. 测试模式

   • Throughput（吞吐量） ：测量单位时间内执行的操作次数。
   • AverageTime（平均时间） ：测量每次操作的平均时间。
   • SampleTime（采样时间） ：测量每次操作的时间分布。
   • SingleShotTime（单次时间） ：测量单次操作的时间。

示例代码 ‍ DEMO

JAVA
import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@State(Scope.Thread) // 每个线程都有自己的状态实例
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试模式为平均时间
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS) // 输出时间单位为纳秒
@Warmup(iterations = 3, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热3次，每次1秒
@Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 测试5次，每次1秒
@Fork(1) // 使用1个JVM实例
public class StringConcatBenchmark {

    private String str1;
    private String str2;

    @Setup // 在基准测试开始前执行
    public void setup() {
        str1 = "Hello";
        str2 = "World";
    }

    @Benchmark // 标记为基准测试方法
    public String concatWithPlus() {
        return str1 + " " + str2; // 使用 + 进行字符串拼接
    }

    @Benchmark // 另一个基准测试方法
    public String concatWithStringBuilder() {
        return new StringBuilder().append(str1).append(" ").append(str2).toString(); // 使用 StringBuilder
    }

    @TearDown // 在基准测试结束后执行
    public void tearDown() {
        // 这里可以清理资源
    }
}

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运行JMH测试 ‍♂️

1. 添加依赖
   如果你使用 Maven，需要在 pom.xml 中添加 JMH 依赖：

   
       org.openjdk.jmh
       jmh-core
       1.36
   
   
       org.openjdk.jmh
       jmh-generator-annprocess
       1.36
       provided
   
   

2. 编译项目 ⚙️
   运行以下命令编译项目并生成 JMH 基准测试的 JAR 文件：

   mvn clean install
   

3. 运行基准测试
   运行生成的 JAR 文件来执行基准测试：

   java -jar target/benchmarks.jar
   

---

输出结果示例

运行后，你会看到类似以下的输出：

Benchmark                                Mode  Cnt   Score   Error  Units
StringConcatBenchmark.concatWithPlus     avgt    5  23.456 ± 1.234  ns/op
StringConcatBenchmark.concatWithStringBuilder  avgt    5  15.678 ± 0.987  ns/op

• Score：每次操作的平均时间（单位：纳秒）。
• Error：误差范围。
• Units：时间单位。

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代码解析

1. @State(Scope.Thread)
   表示每个线程都会有一个独立的实例，避免线程竞争问题。

2. @BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
   测试模式为平均时间，还可以选择 Throughput（吞吐量）、SampleTime（采样时间）等。

3. @Warmup 和 @Measurement

   • @Warmup：预热阶段，让 JVM 充分优化代码。
   • @Measurement：实际测试阶段。

4. @Fork
   指定运行的 JVM 实例数量，避免 JVM 优化对测试结果的影响。

5. @Benchmark
   标记基准测试方法，方法内的代码会被 JMH 测量。

总结

JMH是一个非常强大的工具，能够帮助开发者精确测量Java代码的性能。通过合理的配置和使用，可以避免常见的基准测试陷阱，得到可靠的测试结果。️