JMH (Java Microbenchmark Harness)

JMH 是 Java 的微基准测试工具，由 OpenJDK 团队开发，专门用于编写、运行和分析 Java 代码的微基准测试（microbenchmark）。

为什么需要 JMH

普通的基准测试方法（如多次循环调用方法并计时）存在很多问题：

• JVM 的 JIT 编译优化（方法内联、死代码消除等）

• 预热效应（JVM 需要"热身"才能达到最佳性能）

• 垃圾回收的干扰

• 操作系统调度的影响

JMH 解决了这些问题，提供了准确的基准测试环境。

基本使用

1. 添加依赖

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
    <artifactId>jmh-core</artifactId>
    <version>1.37</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
    <artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>
    <version>1.37</version>
    <scope>provided</scope>
</dependency>

2. 编写基准测试

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

@BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试模式：平均时间
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS) // 输出时间单位
@State(Scope.Thread) // 每个测试线程一个实例
public class MyBenchmark {

    @Param({"10", "100", "1000"}) // 参数化测试
    private int length;
    
    private int[] array;
    
    @Setup // 初始化方法
    public void setup() {
        array = new int[length];
        // 初始化数组...
    }
    
    @Benchmark // 基准测试方法
    public int testMethod() {
        // 被测代码
        int sum = 0;
        for (int i : array) {
            sum += i;
        }
        return sum;
    }
}

3. 运行基准测试

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;

public class BenchmarkRunner {
    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(MyBenchmark.class.getSimpleName())
                .forks(1) // 使用1个进程
                .warmupIterations(5) // 预热5次
                .measurementIterations(5) // 正式测量5次
                .build();
        
        new Runner(opt).run();
    }
}

常用注解

最佳实践

1. 避免死代码消除：确保基准测试方法有返回值或副作用

2. 合理设置预热：通常3-5次预热迭代

3. 使用@State管理状态：避免在基准测试方法中初始化

4. 多次测量：增加测量次数提高准确性

5. 参数化测试：使用@Param测试不同输入规模

6. 避免系统干扰：关闭其他程序，保持测试环境稳定

高级特性

• Profiler支持：集成各种分析器（GC、堆栈等）

• 异步profiling：不影响基准测试运行

• 时间控制：精确控制测试时间

• 多线程测试：评估并发性能

典型输出示例

Benchmark                (length)  Mode  Cnt    Score    Error  Units
MyBenchmark.testMethod        10  avgt    5   15.234 ±  0.123  ns/op
MyBenchmark.testMethod       100  avgt    5  142.567 ±  1.234  ns/op
MyBenchmark.testMethod      1000  avgt    5 1356.789 ± 12.345  ns/op

JMH 是 Java 性能测试的事实标准工具，特别适合比较不同算法或实现的性能差异。