如何用java编写正确的微基准测试?

new9mtju  于 2021-08-20  发布在  Java
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如何用java编写(并运行)正确的微基准测试?
我正在寻找一些代码示例和注解,说明需要考虑的各种问题。
示例:基准测试应该测量时间/迭代还是迭代/时间,为什么?
相关:秒表基准测试是否可以接受?

ogq8wdun

ogq8wdun1#

java hotspot创建者编写微基准测试的技巧:
规则0:阅读一篇关于JVM和微观基准测试的著名论文。一个好的例子是brian goetz,2005年。不要对微观基准期望太高;它们只测量有限范围的jvm性能特征。
规则1:始终包括一个预热阶段,该阶段将一直运行测试内核,足以在计时阶段之前触发所有初始化和编译(在热身阶段,较少的迭代是可以的。经验法则是数万次内部循环迭代。)
规则2:始终与 -XX:+PrintCompilation , -verbose:gc ,以便您可以验证编译器和jvm的其他部分在计时阶段没有执行意外的工作。
规则2.1:在计时和预热阶段的开始和结束时打印消息,以便您可以验证计时阶段没有规则2的输出。
规则3:意识到 -client-server ,以及osr和定期汇编。这个 -XX:+PrintCompilation flag使用at符号报告osr编译,以表示非初始入口点,例如: Trouble$1::run @ 2 (41 bytes) . 如果您追求最佳性能,则更喜欢服务器而不是客户端,更喜欢常规而不是osr。
规则4:注意初始化效果。不要在计时阶段第一次打印,因为打印会加载和初始化类。不要在预热阶段(或最终报告阶段)之外加载新类,除非您专门测试类加载(在这种情况下,只加载测试类)。规则2是你对抗这些影响的第一道防线。
规则5:注意去优化和重新编译的效果。不要在计时阶段第一次使用任何代码路径,因为编译器可能会根据之前的乐观假设(即根本不会使用该路径)垃圾并重新编译代码。规则2是你对抗这些影响的第一道防线。
规则6:使用适当的工具来了解编译器的想法,并期望对它生成的代码感到惊讶。在形成关于是什么使事情更快或更慢的理论之前,自己检查代码。
规则7:减少测量中的噪音。在一台安静的机器上运行基准测试,并运行几次,丢弃异常值。使用 -Xbatch 将编译器与应用程序序列化,并考虑设置 -XX:CICompilerCount=1 防止编译器与其自身并行运行。尽量减少gc开销,设置 Xmx (足够大)等于 Xms 和使用 UseEpsilonGC 如果可以的话。
规则8:将库用于基准测试,因为它可能更有效,并且已经为此目的进行了调试。例如jmh、caliper或bill和paul的优秀ucsd java基准测试。

sg24os4d

sg24os4d2#

我知道这个问题已经被标记为已回答,但我想提到两个库,它们帮助我们编写微基准测试
谷歌卡尺
入门教程
http://codingjunkie.net/micro-benchmarking-with-caliper/
http://vertexlabs.co.uk/blog/caliper
来自openjdk的jmh
入门教程
避免jvm上的基准测试陷阱
使用jmh进行java微基准标记
jmh简介

uemypmqf

uemypmqf3#

java基准测试的重要内容包括:
在对jit进行计时之前,先运行几次代码来预热jit
确保运行足够长的时间,以便能够在几秒钟或(更好的)几十秒钟内测量结果
当你不能打电话的时候 System.gc() 在迭代之间,最好在测试之间运行它,这样每个测试都有希望获得一个“干净”的内存空间(对 gc() 这更像是一种暗示,而不是一种保证,但根据我的经验,它很可能真的会被垃圾收集。)
我喜欢显示迭代和时间,以及可以缩放的时间/迭代分数,以便“最佳”算法的分数为1.0,其他算法的分数相对较高。这意味着您可以在较长的时间内运行所有算法,改变迭代次数和时间,但仍然可以获得可比的结果。
我正在写关于.net中基准测试框架设计的博客。我之前的几篇帖子可能会给你一些想法——当然,不是所有的东西都是合适的,但其中一些可能是合适的。

lxkprmvk

lxkprmvk4#

jmh是openjdk的新成员,由oracle的一些性能工程师编写。当然值得一看。
jmh是一个java工具,用于构建、运行和分析用java和其他针对jvm的语言编写的nano/micro/macro基准。
样本测试注解中隐藏了非常有趣的信息。
另见:
避免jvm上的基准测试陷阱
讨论jmh的主要优势。

dvtswwa3

dvtswwa35#

基准测试应该测量时间/迭代还是迭代/时间,为什么?
这取决于你想测试什么。
如果您对延迟感兴趣,请使用时间/迭代;如果您对吞吐量感兴趣,请使用迭代/时间。

gt0wga4j

gt0wga4j6#

如果您试图比较两种算法,请为每种算法至少做两个基准测试,交替顺序。即。:

for(i=1..n)
  alg1();
for(i=1..n)
  alg2();
for(i=1..n)
  alg2();
for(i=1..n)
  alg1();

我发现同一算法在不同过程中的运行时存在一些明显的差异(有时为5-10%)。。
另外,请确保n非常大,以便每个循环的运行时间至少为10秒左右。迭代次数越多,基准时间中的数字越重要,数据越可靠。

jpfvwuh4

jpfvwuh47#

确保以某种方式使用在基准代码中计算的结果。否则,您的代码可以被优化掉。

x7yiwoj4

x7yiwoj48#

用java编写微基准测试有许多可能的陷阱。
首先:你必须计算各种各样的事件,这些事件或多或少都是随机的:垃圾收集、缓存效果(文件的操作系统和内存的cpu)、io等等。
第二:在很短的时间间隔内,你不能相信测量时间的准确性。
第三:jvm在执行时优化代码。因此,同一jvm示例中的不同运行速度将越来越快。
我的建议是:让基准测试运行几秒钟,这比运行时间超过毫秒更可靠。预热jvm(意味着至少运行一次基准测试而不测量jvm是否可以运行优化)。然后运行您的基准多次(可能5次)并取中值。在新的jvm示例中运行每个微基准测试(调用每个基准测试新java),否则jvm的优化效果可能会影响以后运行的测试。不要执行在预热阶段没有执行的东西(因为这可能会触发类加载和重新编译)。

t5zmwmid

t5zmwmid9#

还应该注意,在比较不同的实现时,分析微基准测试的结果可能也很重要。因此,应进行显著性检验。
这是因为执行 A 在基准测试的大多数运行期间可能比实现更快 B . 但是 A 也可能有更高的价差,因此 A 与之相比没有任何意义 B .
因此,正确地编写和运行微基准测试也很重要,但正确地分析它也很重要。

ubby3x7f

ubby3x7f10#

除此之外,我还要注意以下几点:
对于某些CPU(例如带有turboboost的intel core i5系列),温度(和当前使用的内核数量,以及它们的利用率)会影响时钟速度。由于CPU是动态计时的,这可能会影响结果。例如,如果您有一个单线程应用程序,则最大时钟速度(使用turboboost)高于使用所有内核的应用程序。因此,这可能会干扰某些系统上单线程和多线程性能的比较。请记住,温度和电压也会影响涡轮频率保持的时间。
也许你可以直接控制一个更重要的方面:确保你测量的是正确的东西!例如,如果您正在使用 System.nanoTime() 要对特定的代码进行基准测试,请将对赋值的调用放在有意义的地方,以避免测量您不感兴趣的内容。例如,不要做:

long startTime = System.nanoTime();
//code here...
System.out.println("Code took "+(System.nanoTime()-startTime)+"nano seconds");

问题是当代码完成时,您不能立即获得结束时间。相反,请尝试以下操作:

final long endTime, startTime = System.nanoTime();
//code here...
endTime = System.nanoTime();
System.out.println("Code took "+(endTime-startTime)+"nano seconds");
5ktev3wc

5ktev3wc11#

http://opt.sourceforge.net/ java微基准测试-确定不同平台上计算机系统的比较性能特征所需的控制任务。可以用来指导优化决策和比较不同的java实现。

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