Skip to content

34 工具：学会使用从内存分析到性能测试等各种常用工具

你好, 我是康杨。

作为Java开发者，熟练掌握各种常用工具是提高开发效率和代码质量的关键。在Java生态系统中，有很多优秀的工具可以帮助我们进行内存分析、性能测试、代码审计、测试等等。这些工具的定位和价值各不相同，但是它们都可以让我们更加高效地开发和维护Java应用程序。

这节课我们主要聊内存分析工具和性能测试工具，我选择了目前使用非常广泛的两个工具：MAT（Memory Analyzer Tool）和JMeter。下面我们聊聊MAT和JMeter的使用方法和技巧，帮助你更好地掌握这些工具，提高开发效率和代码质量。

内存分析工具：MAT

内存泄漏和不良的内存管理是影响Java应用性能的常见因素。如何捕捉并修复这个隐形的Bug呢？

这就要用到MAT了，一个功能强大的Java内存分析利器。它可以帮助我们深入挖掘Java应用程序的内存泄漏、频繁地垃圾回收、内存占用过高等问题。通过分析Java进程的内存快照，我们可以更加高效地定位和解决Java应用程序的内存问题，提高应用程序的稳定性和性能。

安装MAT

接下来我们安装MAT，快速体验起来。首先确保你有Java运行环境和IntelliJ IDEA。然后前往 官网 下载MAT，再根据操作系统的指导完成安装。

使用MAT

  1. 导入堆转储文件

在开始使用MAT之前，需要先导入Java应用程序的堆转储文件。堆转储文件通常可以通过JConsole、VisualVM或其他内存分析工具生成。导入堆转储文件的方法：选择 File > Import/Export，然后选择 Open heap dump。浏览并选择堆转储文件，点击 Open。

  1. 查看内存分析报告

导入堆转储文件后，MAT将自动生成内存分析报告。在报告窗口中，你可以查看以下内容：

  • 内存泄漏：MAT会识别出潜在的内存泄漏对象。
  • 垃圾回收：MAT会显示垃圾回收事件及其相关信息。

  • 类加载：MAT会显示类加载事件及其相关信息。

  • 通过MAT发现问题

在查看内存分析报告时，同样你也需要关注这几点。

  • 内存泄漏：检查泄漏对象及其原因，比如异常、循环引用等。
  • 垃圾回收：观察垃圾回收频率、时间和回收的垃圾对象。
  • 类加载：检查类加载的时间、加载的类及其资源。

MAT 应用案例

我将通过两个实际的案例，介绍如何使用MAT发现问题并解决问题。这些案例涵盖了不同的场景，展示MAT在各种情况下的用途。

案例1：使用MAT检测内存泄漏

在这个案例中，我们将分析一个简单的Java应用程序，这个程序创建了一个线程池来执行任务，但随着时间的推移，内存泄漏问题逐渐显现。

public class MemoryLeakExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            final int taskId = i;
            executorService.submit(() -> {
                // 执行任务
            });
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

通过MAT分析上述代码产生的堆转储文件，我们可以发现它存在 内存泄漏 的问题。在代码中，我们创建了一个固定大小的线程池，并提交了100个任务。由于线程池的大小为10，所以最多只能执行10个任务。剩下的90个任务将等待执行，而这些任务的上下文（如局部变量、对象引用等）将一直保留在内存中，导致内存泄漏。

针对上述问题，我们可以采取下面2个措施来解决。

  • 调整线程池大小：根据实际需求，合理调整线程池的大小。例如，可以将线程池的大小调整为100，以确保所有任务都能被及时执行。
  • 使用有界队列：为了防止线程池里的任务过多，可以使用有界队列来限制线程池中的任务数量。当线程池中的任务数量达到队列的最大容量时，新提交的任务将等待执行。这样可以避免因线程池大小不足而导致的内存泄漏问题。

修改后的代码示例：

public class MemoryLeakExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            final int taskId = i;
            executorService.submit(() -> {
                // 执行任务
            });
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

案例2：使用MAT检测大对象持久化

这个案例是分析一个Java应用程序，这个程序使用JDBC连接到数据库并执行查询。然而，在某些情况下，查询结果可能包含大量数据，导致内存泄漏。

public class DatabaseLeakExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username", "password");
             Statement statement = connection.createStatement()) {
            ResultSet resultSet = statement.executeQuery("SELECT * FROM large_table");
            while (resultSet.next()) {
                // 处理查询结果
            }
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

通过MAT分析上述代码产生的堆转储文件，可以发现 大对象持久化 的问题。在代码中，执行了一个查询，这个查询返回大量数据。由于Java中的ResultSet对象是可迭代的，所以会把它所有的数据加载到内存中。如果查询结果包含大量数据，就可能导致内存泄漏。

针对上述问题，可以采取下面2个措施来解决。

  • 分页查询：为了减少内存泄漏的风险，可以使用分页查询来获取查询结果。这样，可以在每次迭代时只加载部分数据，而不是将所有数据加载到内存中。
  • 使用流式处理：如果可能的话，可以使用Stream API来处理查询结果，而不是使用传统的迭代方法。这样可以避免将整个结果集加载到内存中。

我们使用分页查询修改一下代码，然后看一下。

public class DatabaseLeakExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username", "password");
             Statement statement = connection.createStatement()) {
            ResultSet resultSet = statement.executeQuery("SELECT * FROM large_table LIMIT 10");
            int currentPage = 1;
            while (resultSet.next()) {
                // 处理查询结果
                currentPage++;
                if (currentPage % 10 == 0) {
                    resultSet.close();
                    statement.close();
                    connection.close();
                    resultSet = statement.executeQuery("SELECT * FROM large_table LIMIT 10 OFFSET " + currentPage * 10);
                }
            }
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

我们再使用流式处理修改一下，你看看修改后的代码示例。

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.Statement;
import java.util.stream.Stream;

public class DatabaseLeakExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username", "password");
             Statement statement = connection.createStatement()) {
            ResultSet resultSet = statement.executeQuery("SELECT * FROM large_table");
            Stream<Object[]> stream = Stream.of(resultSet);
            stream.forEach(result -> {
                // 处理查询结果
            });
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

MAT是一个强大的工具，可以帮助我们在Java应用程序中识别内存泄漏、大对象持久化等问题。通过熟练掌握MAT的使用，可以更好地优化代码，提高程序性能。

性能测试工具： JMeter

性能测试，已经不仅仅是优化的后话了，特别是在今天，它已经成为了软件开发中不可或缺的一部分。Apache JMeter也不只是一个工具，而是测试性能的利器。它可以帮助我们测试Java应用程序的响应时间、吞吐量和压力测试等性能指标。

JMeter支持多种协议和协议的测试，并提供了丰富的测试报告和可视化工具，来帮助我们分析应用程序的性能瓶颈。使用JMeter可以让我们更加高效地测试Java应用程序的性能，并提前发现性能问题，保证用户体验。

安装JMeter

你先去Apache JMeter的 官网 下载最新版本的JMeter。然后解压下载的文件，无需复杂安装，它直接是可以执行的程序。

JMeter初体验

@RestController
public class LoginController {

@GetMapping("/login")
public String login(@RequestParam String username, @RequestParam String password) {
 // 模拟登录耗时操作
 try {
  Thread.sleep(1000);
 } catch (InterruptedException e) {
  e.printStackTrace();
 }
  return "Welcome, " + username + "!";
 }
}

这段代码定义了一个登录的接口，每次请求都会休眠1秒钟，模拟实际操作的耗时。

创建JMeter测试计划

现在我们的小程序准备好了，那就开始设置JMeter吧！

  1. 添加线程组：在测试计划内右键 > 新建 > 线程组Threads(Group)，这里的线程组相当于模拟的用户数量。

  2. 配置线程属性：

  3. 线程数（Number of Threads）：比如设置为100，代表同时模拟100个用户。

  4. 循环次数（Loop Count）：比如设置为10，每个用户会进行10次登录尝试。

  5. 添加HTTP请求：在线程组内右键 > 新建 > 取样器 > HTTP请求，在这里设置你的请求信息，比如请求路径、方法和参数。

  6. 添加报告监听器：在线程组内右键 > 新建 > 监听器 > 聚合报告，这样设置之后测试结果就会实时显示在这里了。

设置好之后就可以跑测试了，点击JMeter工具栏上的绿色三角开始测试。

通过测试结果发现问题

  1. 查看响应时间：看看平均响应时间是多少，是否在可接受范围内。
  2. 查看成功率：所有请求中有多少是成功的，失败了是什么原因
  3. 错误分析：通过查看请求的具体错误信息，来分析可能的问题所在。

设想一下，如果平均响应时间特别长或者失败率特别高，那可能就是我们的性能瓶颈了。有可能是数据库连接池设置得不合理，也有可能是某些代码的运算效率太低。

如何解决问题？

根据JMeter的测试结果去审查你的代码。如果是数据库的问题，就调整数据库连接池配置，比如增加最大连接数。如果的确是代码问题，就需要进行性能优化，比如缓存计算结果，或者是异步处理。

重点回顾

Java生态系统中有很多优秀的工具，如内存分析工具MAT和性能测试工具JMeter，它们可以帮助我们深入挖掘Java应用程序的内存泄漏、频繁的垃圾回收、内存占用过高等问题，以及测试应用程序的响应时间、吞吐量和压力测试等性能指标。

通过熟练掌握这些工具的使用，我们可以更加高效地开发和维护Java应用程序，提高应用程序的性能。

思考题

好了，学完这节课之后，希望你也可以梳理下你日常使用的工具，尝试利用这些工具去发现系统中潜在的问题点，并进行优化。欢迎你把你常用的工具以及发现的问题分享出来，同时也欢迎你把这节课的内容分享给需要的朋友，我们下节课再见！