面试题：Java性能测试中的常见指标及在代码中的体现

Question

在Java性能测试里，常用的性能指标有响应时间、吞吐量等。请说明如何在Java代码层面，使用相关工具或技术来测量这两个指标。假设你正在测试一个简单的Java方法，该方法接收两个整数并返回它们的和，描述具体实现步骤。

Answer 1

1. 测量响应时间：
   • 使用System.currentTimeMillis()：
     • 记录方法调用前的时间戳。
     • 调用目标方法。
     • 记录方法调用后的时间戳。
     • 计算时间差，即响应时间。
     • 示例代码如下：

public class PerformanceTest {
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int num1 = 5;
        int num2 = 3;
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        int result = add(num1, num2);
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        long responseTime = endTime - startTime;
        System.out.println("响应时间：" + responseTime + " 毫秒");
    }
}

• 使用System.nanoTime()：
  • System.nanoTime()提供更高精度的时间测量，适合测量非常短的时间间隔。
  • 同样在方法调用前后记录时间戳，计算差值。
  • 示例代码如下：

public class PerformanceTest {
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int num1 = 5;
        int num2 = 3;
        long startTime = System.nanoTime();
        int result = add(num1, num2);
        long endTime = System.nanoTime();
        long responseTime = endTime - startTime;
        System.out.println("响应时间：" + responseTime + " 纳秒");
    }
}

2. 测量吞吐量：
   • 定义测试次数：选择一个合适的测试次数n，多次调用目标方法。
   • 记录总时间：使用System.currentTimeMillis()或System.nanoTime()记录这n次调用的总时间。
   • 计算吞吐量：吞吐量 = 调用次数 / 总时间。
   • 示例代码如下：

public class PerformanceTest {
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int num1 = 5;
        int num2 = 3;
        int testCount = 1000000;
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < testCount; i++) {
            add(num1, num2);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        long totalTime = endTime - startTime;
        double throughput = (double) testCount / totalTime * 1000;
        System.out.println("吞吐量：" + throughput + " 次/秒");
    }
}

• 使用工具：
  • JMH（Java Microbenchmark Harness）：
    • 引入JMH依赖。
    • 创建一个基准测试类，使用@Benchmark注解标记目标方法。
    • 运行基准测试，JMH会自动计算吞吐量等性能指标。
    • 示例代码如下：

import org.openjdk.jmh.annotations.Benchmark;
import org.openjdk.jmh.annotations.Scope;
import org.openjdk.jmh.annotations.State;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;

@State(Scope.Thread)
public class AddBenchmark {
    int num1 = 5;
    int num2 = 3;

    @Benchmark
    public int add() {
        return num1 + num2;
    }

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        Options opt = new OptionsBuilder()
              .include(AddBenchmark.class.getSimpleName())
              .forks(1)
              .build();
        new Runner(opt).run();
    }
}

在上述JMH示例中，运行main方法后，JMH会输出包括吞吐量等详细的性能测试结果。