带JMH和Mode.AverageTime的OutOfMemory

Question

我正在编写一个微基准，用操作符和StringBuilder比较String连接。为此，我基于使用batchSize参数的OpenJDK示例创建了一个JMH基准类：

@State(Scope.Thread)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@Measurement(batchSize = 10000, iterations = 10)
@Warmup(batchSize = 10000, iterations = 10)
@Fork(1)
public class StringConcatenationBenchmark {

    private String string;

    private StringBuilder stringBuilder;

    @Setup(Level.Iteration)
    public void setup() {
        string = "";
        stringBuilder = new StringBuilder();
    }

    @Benchmark
    public void stringConcatenation() {
        string += "some more data";
    }

    @Benchmark
    public void stringBuilderConcatenation() {
        stringBuilder.append("some more data");
    }

}

当我运行基准测试时，我得到< code > stringBuilderConcatenation 方法的以下错误:

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3332)
    at java.lang.AbstractStringBuilder.expandCapacity(AbstractStringBuilder.java:137)
    at java.lang.AbstractStringBuilder.ensureCapacityInternal(AbstractStringBuilder.java:121)
    at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:421)
    at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:136)
    at link.pellegrino.string_concatenation.StringConcatenationBenchmark.stringBuilderConcatenation(StringConcatenationBenchmark.java:29)
    at link.pellegrino.string_concatenation.generated.StringConcatenationBenchmark_stringBuilderConcatenation.stringBuilderConcatenation_avgt_jmhStub(StringConcatenationBenchmark_stringBuilderConcatenation.java:165)
    at link.pellegrino.string_concatenation.generated.StringConcatenationBenchmark_stringBuilderConcatenation.stringBuilderConcatenation_AverageTime(StringConcatenationBenchmark_stringBuilderConcatenation.java:130)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:497)
    at org.openjdk.jmh.runner.BenchmarkHandler$BenchmarkTask.call(BenchmarkHandler.java:430)
    at org.openjdk.jmh.runner.BenchmarkHandler$BenchmarkTask.call(BenchmarkHandler.java:412)
    at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:266)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

我认为默认的JVM堆大小必须增加，所以我尝试使用JMH提供的-jvmArgs选项，使用-Xmx10Gvalue来允许10GB的内存。不幸的是，我仍然得到错误。

因此，我试图将批处理大小参数的值减小到 1，但我仍然得到一个内存不足错误。

我找到的唯一解决方法是将基准模式设置为mode.SingleShotTime。由于此模式似乎将批处理视为单个快照（即使“单位”列中显示s/op），因此我似乎得到了我想要的度量：执行批处理操作集的平均时间。然而，我仍然不明白为什么它不能与Mode.AverageTime一起工作。

另请注意，无论使用基准测试模式，方法字符串的基准测试都会按预期工作。此问题仅发生在使用字符串生成器的字符串生成器连接方法中。

任何有助于理解为什么前面的示例不能使用设置为mode的Benchmark模式。欢迎使用AverageTime。

我使用的JMH版本是1.10.4。




Answer 1

你是对的，Mode.SingleShotTime就是你需要的：它测量单个批处理的时间。当使用Mode.AverageTime时，你的迭代仍然工作，直到迭代时间结束（默认为1秒）。它测量每次执行单个批处理的时间（只计算在执行时间内完全完成的批次），因此最终结果不同，但执行时间是相同的。

另一个问题是@Setup（Level.Iteration）强制在每次迭代之前执行设置，而不是在每次批处理之前。因此，字符串实际上不受批大小的限制。字符串版本不会导致OutOfMemoryError，因为它比StringBuilder慢得多，所以在1秒内它能够构建更短的字符串。

修复基准测试的方法不是很漂亮（同时仍使用平均时间模式和batchSize参数）是手动重置字符串/stringBuilder：

@State(Scope.Thread)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MICROSECONDS)
@Measurement(batchSize = 10000, iterations = 10)
@Warmup(batchSize = 10000, iterations = 10)
@Fork(1)
public class StringConcatenationBenchmark {
    private static final String S = "some more data";
    private static final int maxLen = S.length()*10000;

    private String string;

    private StringBuilder stringBuilder;

    @Setup(Level.Iteration)
    public void setup() {
        string = "";
        stringBuilder = new StringBuilder();
    }

    @Benchmark
    public void stringConcatenation() {
        if(string.length() >= maxLen) string = "";
        string += S;
    }

    @Benchmark
    public void stringBuilderConcatenation() {
        if(stringBuilder.length() >= maxLen) stringBuilder = new StringBuilder();
        stringBuilder.append(S);
    }
}

这是我的盒子上的结果（i5 3340,4Gb内存，64位Win7，JDK 1.80_45）：

Benchmark                   Mode  Cnt       Score       Error  Units
stringBuilderConcatenation  avgt   10     145.997 ±     2.301  us/op
stringConcatenation         avgt   10  324878.341 ± 39824.738  us/op

因此，您可以看到，对于字符串连接（1e6 / 324878），只有大约3个批次适合第二个批次，而对于字符串生成器连接，可以执行数千个批次，从而导致导致 OutOfMemoryError 的巨大字符串。

我不知道为什么添加更多内存对您不起作用，对我来说-Xmx4G足以运行原始基准的字符串生成器测试。可能你的盒子更快，所以得到的字符串更长。请注意，对于非常大的字符串，即使您有足够的内存，也可以达到数组大小限制（20亿个元素）。添加内存后检查异常堆栈跟踪：它是相同的吗？如果达到数组大小限制，它仍将是内存不足错误，但堆栈跟踪会略有不同。无论如何，即使有足够的内存，基准测试结果也将是不正确的（对于字符串和字符串生成器）。