一、前言

代码耗时统计在日常开发中算是一个十分常见的需求,特别是在需要找出代码性能瓶颈时。

可能也是受限于 Java 的语言特性,总觉得代码写起来不够优雅,大量的耗时统计代码,干扰了业务逻辑。特别是开发功能的时候,有个感受就是刚刚开发完代码很清爽优雅,结果加了一大堆辅助代码后,整个代码就变得臃肿了,自己看着都挺难受。因此总想着能不能把这块写的更优雅一点,今天本文就尝试探讨下“代码耗时统计”这一块。

在开始正文前,先说下前提,“代码耗时统计”的并不是某个方法的耗时,而是任意代码段之间的耗时。这个代码段,可能是一个方法中的几行代码,也有可能是从这个方法的某一行到另一个被调用方法的某一行,因此通过 AOP 方式是不能实现这个需求的

二、常规方法

2.1 时间差统计

这种方式是最简单的方法,记录下开始时间,再记录下结束时间,计算时间差即可。

public class TimeDiffTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final long startMs = TimeUtils.nowMs();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(5); // 模拟业务代码

        System.out.println("timeCost: " + TimeUtils.diffMs(startMs));
    }
}

/* output: 
timeCost: 5005
*/
public class TimeUtils {
    /**
     * @return 当前毫秒数
     */
    public static long nowMs() {
        return System.currentTimeMillis();
    }

    /**
     * 当前毫秒与起始毫秒差
     * @param startMillis 开始纳秒数
     * @return 时间差
     */
    public static long diffMs(long startMillis) {
       return diffMs(startMillis, nowMs());
    }
}

这种方式的优点是实现简单,利于理解;缺点就是对代码的侵入性较大,看着很傻瓜,不优雅。

2.2 StopWatch

第二种方式是参考 StopWatch ,StopWatch 通常被用作统计代码耗时,各个框架和 Common 包都有自己的实现。

public class TraceWatchTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TraceWatch traceWatch = new TraceWatch();

        traceWatch.start("function1");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
        traceWatch.stop();

        traceWatch.start("function2");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
        traceWatch.stop();

        traceWatch.record("function1", 1); // 直接记录耗时

        System.out.println(JSON.toJSONString(traceWatch.getTaskMap()));
    }
}

/* output: 
{"function2":[{"data":1000,"taskName":"function2"}],"function1":[{"data":1000,"taskName":"function1"},{"data":1,"taskName":"function1"}]}
*/
public class TraceWatch {
    /** Start time of the current task. */
    private long startMs;

    /** Name of the current task. */
    @Nullable
    private String currentTaskName;

    @Getter
    private final Map<String, List<TaskInfo>> taskMap = new HashMap<>();

    /**
     * 开始时间差类型指标记录,如果需要终止,请调用 {@link #stop()}
     *
     * @param taskName 指标名
     */
    public void start(String taskName) throws IllegalStateException {
        if (this.currentTaskName != null) {
            throw new IllegalStateException("Can't start TraceWatch: it's already running");
        }
        this.currentTaskName = taskName;
        this.startMs = TimeUtils.nowMs();
    }

    /**
     * 终止时间差类型指标记录,调用前请确保已经调用
     */
    public void stop() throws IllegalStateException {
        if (this.currentTaskName == null) {
            throw new IllegalStateException("Can't stop TraceWatch: it's not running");
        }
        long lastTime = TimeUtils.nowMs() - this.startMs;

        TaskInfo info = new TaskInfo(this.currentTaskName, lastTime);

        this.taskMap.computeIfAbsent(this.currentTaskName, e -> new LinkedList<>()).add(info);

        this.currentTaskName = null;
    }

    /**
     * 直接记录指标数据,不局限于时间差类型
     *  @param taskName 指标名
     * @param data 指标数据
     */
    public void record(String taskName, Object data) {
        TaskInfo info = new TaskInfo(taskName, data);

        this.taskMap.computeIfAbsent(taskName, e -> new LinkedList<>()).add(info);
    }

    @Getter
    @AllArgsConstructor
    public static final class TaskInfo {
        private final String taskName;

        private final Object data;
    }
}

我是仿照 org.springframework.util.StopWatch 的实现,写了 TraceWatch 类,这个方法提供了两种耗时统计的方法:

  1. 通过调用 Start(name)Stop() 方法,进行耗时统计。
  2. 通过调用 Record(name, timeCost),方法,直接记录耗时信息。

这种方式本质上和“时间差统计”是一致的,只是抽取了一层,稍微优雅了一点。

注:你可以根据自己的业务需要,自行修改 TraceWatch 内部的数据结构,我这里简单起见,内部的数据结构只是随便举了个例子。

三、高级方法

第二节提到的两种方法,用大白话来说都是“直来直去”的感觉,我们还可以尝试把代码写的更简便一点。

3.1 Function

在 jdk 1.8 中,引入了 java.util.function 包,通过该类提供的接口,能够实现在指定代码段的上下文执行额外代码的功能。

public class TraceHolderTest {
    public static void main(String[] args) {
        TraceWatch traceWatch = new TraceWatch();

        TraceHolder.run(traceWatch, "function1", i -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        String result = TraceHolder.run(traceWatch, "function2", () -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
                return "YES";
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
                return "NO";
            }
        });

        TraceHolder.run(traceWatch, "function1", i -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        System.out.println(JSON.toJSONString(traceWatch.getTaskMap()));
    }
}

/* output: 
{"function2":[{"data":1004,"taskName":"function2"}],"function1":[{"data":1001,"taskName":"function1"},{"data":1002,"taskName":"function1"}]}
*/
public class TraceHolder {
    /**
     * 有返回值调用
     */
    public static <T> T run(TraceWatch traceWatch, String taskName, Supplier<T> supplier) {
        try {
            traceWatch.start(taskName);

            return supplier.get();
        } finally {
            traceWatch.stop();
        }
    }

    /**
     * 无返回值调用
     */
    public static void run(TraceWatch traceWatch, String taskName, IntConsumer function) {
        try {
            traceWatch.start(taskName);

            function.accept(0);
        } finally {
            traceWatch.stop();
        }
    }
}

这里我利用了 SupplierIntConsumer 接口,对外提供了有返回值和无返回值得调用,在 TraceHolder 类中,在核心代码块的前后,分别调用了前文的 TraceWatch 的方法,实现了耗时统计的功能。

3.2 AutoCloseable

除了利用 Function 的特性,我们还可以使用 jdk 1.7 的 AutoCloseable 特性。说 AutoCloseable 可能有同学没听过,但是给大家展示下以下代码,就会立刻明白是什么东西了。

// 未使用 AutoCloseable
public static String readFirstLingFromFile(String path) throws IOException {
    BufferedReader br = null;
    try {
        br = new BufferedReader(new FileReader(path));
        return br.readLine();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if (br != null) {
            br.close();
        }
    }
    return null;
}

// 使用 AutoCloseable
public static String readFirstLineFromFile(String path) throws IOException {
    try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(path))) {
        return br.readLine();
    }
}

try 后方可以加载一个实现了 AutoCloseable 接口的对象,该对象作用于整个 try 语句块中,并且在执行完毕后回调 AutoCloseable#close() 方法。

让我们对 TraceWatch 类进行改造:

  1. 实现 AutoCloseable 接口,实现 close() 接口:

    @Override
    public void close() {
        this.stop();
    }
  2. 修改 start() 方法,使其支持链式调用:

    public TraceWatch start(String taskName) throws IllegalStateException {
        if (this.currentTaskName != null) {
            throw new IllegalStateException("Can't start TraceWatch: it's already running");
        }
        this.currentTaskName = taskName;
        this.startMs = TimeUtils.nowMs();
    
        return this;
    }
public class AutoCloseableTest {
    public static void main(String[] args) {
        TraceWatch traceWatch = new TraceWatch();

        try(TraceWatch ignored = traceWatch.start("function1")) {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        try(TraceWatch ignored = traceWatch.start("function2")) {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        try(TraceWatch ignored = traceWatch.start("function1")) {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟业务代码
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.println(JSON.toJSONString(traceWatch.getTaskMap()));
    }
}

/* output: 
{"function2":[{"data":1001,"taskName":"function2"}],"function1":[{"data":1002,"taskName":"function1"},{"data":1002,"taskName":"function1"}]}
*/

四、总结

本文列举了四种统计代码耗时的方法:

  • 时间差统计
  • StopWatch
  • Function
  • AutoCloseable

列举的方案是我目前能想到的方案。当然可能有更加优雅的方案,希望有相关经验的同学能在评论区一起交流下~

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