基准测试Java HashMap Get（JMH与循环）

Question

我的最终目标是使用标准Java集合作为基准，为几个Java基本集合库创建一套全面的基准。在过去，我曾使用循环方法编写这类微基准测试。我将我正在进行基准测试的函数放在一个循环中，并迭代100万次，这样jit就有机会预热。我取循环的总时间，然后除以迭代次数，得到一个对我正在进行基准测试的函数的单个调用所需时间的估计值。在最近阅读了JMH项目，特别是这个例子：JMHSample_11_循环之后，我看到了这种方法的问题。

我的机器：

Windows 7 64-bit
Core i7-2760QM @ 2.40 GHz
8.00 GB Ram
jdk1.7.0_45 64-bit

下面是上述循环方法代码的简单示例：

    public static void main(String[] args) {
    HashMap<Long, Long> hmap = new HashMap<Long, Long>();
    long val = 0;

    //populating the hashmap
    for (long idx = 0; idx < 10000000; idx++) {
        hmap.put(idx, idx);
    }


    Stopwatch s = Stopwatch.createStarted();
    long x = 0;
    for (long idx = 0; idx < 10000000; idx++) {
       x =  hmap.get(idx);
    }
    s.stop();
    System.out.println(s); //5.522 s
    System.out.println(x); //9999999

    //5.522 seconds / 10000000 = 552.2 nanoseconds
}

这是我使用JMH重写此基准的尝试：

package com.test.benchmarks;

import org.openjdk.jmh.annotations.*;
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;

import java.util.HashMap;
import java.util.concurrent.TimeUnit;


@State(Scope.Thread)
public class MyBenchmark {


    private HashMap<Long, Long> hmap = new HashMap<Long, Long>();
    private long key;

    @Setup(Level.Iteration)
    public void setup(){

        key = 0;

        for(long i = 0; i < 10000000; i++) {
            hmap.put(i, i);
        }
    }


    @Benchmark
    @BenchmarkMode(Mode.SampleTime)
    @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
    public long testGetExistingKey() throws InterruptedException{

        if(key >= 10000000) key=0;
        return hmap.get(key++);
    }


    public static void main(String[] args) throws RunnerException {

        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(".*" + MyBenchmark.class.getSimpleName() + ".*")
                .warmupIterations(5)
                .measurementIterations(25)
                .forks(1)
                .build();

        new Runner(opt).run();

    }

}

以下是结果：

 Result: 31.163 ±(99.9%) 11.732 ns/op [Average]
   Statistics: (min, avg, max) = (0.000, 31.163, 939008.000), stdev = 1831.428
   Confidence interval (99.9%): [19.431, 42.895]
  Samples, N = 263849
        mean =     31.163 ±(99.9%) 11.732 ns/op
         min =      0.000 ns/op
  p( 0.0000) =      0.000 ns/op
  p(50.0000) =      0.000 ns/op
  p(90.0000) =      0.000 ns/op
  p(95.0000) =    427.000 ns/op
  p(99.0000) =    428.000 ns/op
  p(99.9000) =    428.000 ns/op
  p(99.9900) =    856.000 ns/op
  p(99.9990) =   9198.716 ns/op
  p(99.9999) = 939008.000 ns/op
         max = 939008.000 ns/op


# Run complete. Total time: 00:02:07

Benchmark                                Mode   Samples        Score  Score error    Units
c.t.b.MyBenchmark.testGetExistingKey   sample    263849       31.163       11.732    ns/op

据我所知，JMH中的同一基准测试的hashmap获取时间为31纳秒，而循环测试的获取时间为552纳秒。31纳秒对我来说似乎有点太快了。通过查看延迟数，每个程序员都应该知道主内存引用大约为100纳秒。二级缓存引用大约为7纳秒，但具有1000万长键和值的哈希映射远远超过二级缓存。而且JMH的结果对我来说很奇怪。90%的get通话需要0.0纳秒？

我假设这是用户错误。如有任何帮助/建议，将不胜感激。谢谢

使现代化

下面是执行AverageTimerun的结果。这更符合我的期望。谢谢@oleg estekhin！在下面的评论中，我提到我之前做过AverageTime测试，结果与SampleTime类似。我相信在运行时，我使用了一个条目少得多的HashMap，而且更快的查找确实是有意义的。

Result: 266.306 ±(99.9%) 139.359 ns/op [Average]
  Statistics: (min, avg, max) = (27.266, 266.306, 1917.271), stdev = 410.904
  Confidence interval (99.9%): [126.947, 405.665]


# Run complete. Total time: 00:07:17

Benchmark                                Mode   Samples        Score  Score error    Units
c.t.b.MyBenchmark.testGetExistingKey     avgt       100      266.306      139.359    ns/op

Answer 1

首先，循环测试测量平均时间，而JMH代码配置为采样时间。从模式。SampleTimejavadoc:

采样时间：对每个操作的时间进行采样。

Map的单独执行。get（）非常快，由于时间度量粒度的原因，底层时间度量系统会在某些执行中报告0（有关更多信息，请阅读JMH作者发表的Nanotrusting Nanotime博客文章）。

在采样模式下，基准将单个采样时间收集到一个数组中，然后使用该数组计算平均值和百分位数。当超过一半的数组值为零（在特定设置中，超过90%的数组值为零，如p（90.0000）=0.000 ns/op）所示）时，平均值必然非常低，但当您在输出中看到p（50）=0（尤其是p（90）=0）时，您唯一可以可靠得出的结论是这些结果是垃圾，您需要找到另一种方法来测量代码。

>

您应该使用模式。AverageTime（或模式。吞吐量）基准测试模式。离开模式。SampleTime用于单个调用需要大量时间的情况。

您可以添加一个执行if（）和key的“基线”基准，以隔离key簿记所需的时间和实际Map.get（）时间，但您需要解释结果（上面链接的博客文章描述了从“真实”测量中减去“基线”的陷阱）。

你可以尝试使用黑洞。consumeCPU（）以增加单个调用的执行时间（请参阅前面关于“基线”和相关陷阱的一点）。