基于JPDA的Java軟件性能測試

1、基于JPDA的Java軟件性能測試    關(guān)鍵詞： 性能測試；JPDA；TPTP；Java0 引言 隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，Java語言迅速成為一種重要的程序設(shè)計(jì)語言。以Java語言為代表的Java技術(shù)在信息領(lǐng)域中占據(jù)了重要的地位，從筆記本電腦到數(shù)據(jù)中心，從手持設(shè)備到高性能的科學(xué)計(jì)算機(jī)，從單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)，Java技術(shù)幾乎無處不在。Java技術(shù)的顯著特點(diǎn)就是引入了虛擬機(jī)技術(shù)。程序代碼運(yùn)行于Java虛擬機(jī)之上，由虛擬機(jī)解釋執(zhí)行，不和主機(jī)環(huán)境中的操作系統(tǒng)直接耦合。在虛擬機(jī)中實(shí)現(xiàn)的垃圾回收機(jī)制可以動(dòng)態(tài)的回收程序占用的內(nèi)存資源，消除了傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語言中的內(nèi)存泄露問

2、題，有效的提高了程序的穩(wěn)定性，降低了程序?qū)?nèi)存資源的消耗。同時(shí)，由于程序代碼要經(jīng)過虛擬機(jī)的解釋執(zhí)行，與直接交由操作系統(tǒng)執(zhí)行相比，代碼的執(zhí)行效率有所降低，可能會(huì)降低軟件的質(zhì)量。軟件測試是保證軟件質(zhì)量的有效方式，依據(jù)測試的不同目標(biāo)，可以將軟件測試分為功能測試和性能測試兩方面。黑盒測試、白盒測試通常指功能測試，即測試軟件對(duì)給定的一系列輸入是否能得到穩(wěn)定、正確的輸出結(jié)果。而性能測試主要針對(duì)軟件運(yùn)行時(shí)所消耗的內(nèi)存、時(shí)間等指標(biāo)進(jìn)行測試。功能上正確的軟件，如果性能不能滿足目標(biāo)系統(tǒng)的要求同樣不是合格的軟件產(chǎn)品。 1 JPDA體系分析 Java平臺(tái)調(diào)試體系（JPDA，Java Platform Debugger

3、 Architecture） 是Java平臺(tái)的基礎(chǔ)組成部分，由Java虛擬機(jī)工具接口（JVMTI，Java VM Tool Interface）、Java調(diào)試連線協(xié)議（JDWP，Java Debug Wire Protocol）和Java調(diào)試接口（JDI，Java Debug Interface）三層組成，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。 調(diào)試人員可以利用三層中的任意一層實(shí)現(xiàn)對(duì)Java軟件的性能測試。由于層次越靠近前端就越靠近用戶，后端層次中許多瑣碎的細(xì)節(jié)就會(huì)被屏蔽的越多，因此，前端層次使用更簡單，接口也更穩(wěn)定，Java規(guī)范推薦的原則是盡量使用前端的層次，即JDI層1。對(duì)于軟件測試人員，JPDA簡化了J

4、ava程序測試，實(shí)現(xiàn)了程序功能代碼和程序測試代碼的分離。如果沒有JPDA，程序性能測試代碼的一般結(jié)構(gòu)如圖2所示。 程序代碼中需要額外加入開始和結(jié)束測試標(biāo)記。如果測試程序運(yùn)行時(shí)間，開始標(biāo)記可以是程序運(yùn)行前的時(shí)間，結(jié)束標(biāo)記是程序結(jié)束時(shí)間，兩者之差為程序運(yùn)行時(shí)間。同樣，如果測試程序的內(nèi)存消耗，標(biāo)記可以是程序運(yùn)行前后的內(nèi)存總量標(biāo)記。兩個(gè)標(biāo)記的引入，向被測試代碼中引入了額外的代碼，即污染了被測試代碼，導(dǎo)致程序結(jié)構(gòu)混亂。同時(shí)，由于打標(biāo)記也會(huì)消耗內(nèi)存和CPU資源，會(huì)引入額外的誤差，導(dǎo)致性能測試不準(zhǔn)確。Java平臺(tái)中JPDA的引入，解決了這個(gè)問題。利用JPDA進(jìn)行測試，不需要在被測試程序中加入標(biāo)記代碼，提高了

5、測試質(zhì)量，消除了對(duì)被測試代碼的污染，實(shí)現(xiàn)了軟件功能代碼和測試代碼的分離。 2 性能測試及分析 2.1 TPTP測試平臺(tái) JPDA中功能代碼和測試代碼的分離導(dǎo)致了獨(dú)立測試軟件平臺(tái)的出現(xiàn)。以JPDA為基礎(chǔ)，軟件測試領(lǐng)域出現(xiàn)了很多完善的測試工具，Eclipse測試和性能工具平臺(tái)（TPTP，The Eclipse Test and Performance Tools Platform）是其中廣泛使用的一個(gè)平臺(tái)。在進(jìn)行性能測試時(shí)，TPTP依賴JPDA平臺(tái)，提供完善的性能測試功能。在軟件代碼實(shí)現(xiàn)時(shí)，TPTP以免費(fèi)、開源的Eclipse框架為基礎(chǔ)，具有免費(fèi)、開源的特點(diǎn)，軟件體系標(biāo)準(zhǔn)開放，可以方便靈活的與其他

6、軟件工具相互融合。TPTP使用方法簡單，只需設(shè)定測試項(xiàng)目（時(shí)間測試、內(nèi)存測試等）后，就可以自動(dòng)開始對(duì)Java軟件的性能測試。2 2.2 測試示例 隨著軍事裝備智能化程度越來越高，越來越多的智能設(shè)備被集成到武器系統(tǒng)中。Java語言是實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備的重要程序設(shè)計(jì)語言。針對(duì)智能裝備資源有限、對(duì)程序運(yùn)行效率要求高的特點(diǎn)，可以借助TPTP對(duì)Java軟件進(jìn)行性能測試。垃圾的回收機(jī)制和程序運(yùn)行效率是Java語言的兩個(gè)重要特點(diǎn)，測試示例以這兩點(diǎn)為重點(diǎn)進(jìn)行測試。 測試示例由兩段完成相同功能的代碼組成。代碼采用不同的實(shí)現(xiàn)策略，通過測試，在對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和分析的基礎(chǔ)上，得出利用Java進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)的一些有益結(jié)論

7、。兩段代碼的基本功能是創(chuàng)建Java對(duì)象，利用對(duì)象完成象征性的輸入、輸出操作。清單1對(duì)比了兩段示例代碼的基本結(jié)構(gòu)。 兩段代碼的關(guān)鍵區(qū)別在于代碼段A中的第1行代碼是設(shè)計(jì)在for循環(huán)之內(nèi)，還是循環(huán)之外，即Java對(duì)象obj是一次性在循環(huán)外創(chuàng)建，還是每次循環(huán)都重新創(chuàng)建。由于Java垃圾回收機(jī)制的存在，程序中無論創(chuàng)建多少個(gè)對(duì)象都會(huì)在程序退出后，由Java虛擬機(jī)將相應(yīng)對(duì)象占用的內(nèi)存資源回收，所以，兩段代碼都不會(huì)造成內(nèi)存的浪費(fèi)。從完成輸入、輸出操作的角度分析，兩段代碼也可以完成等價(jià)的工作，在功能上是等價(jià)的。 利用TPTP測試平臺(tái)，分別對(duì)兩段代碼進(jìn)行測試，測試時(shí)為了減少測試的誤差，將代碼中的循環(huán)次數(shù)N分別取值

8、1000、5000、10000、15000進(jìn)行測試。兩段程序運(yùn)行所需時(shí)間和內(nèi)存的測試結(jié)果如表1所示。因?yàn)闇y試結(jié)果的具體數(shù)值會(huì)和計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量、CPU利用率、CPU主頻等指標(biāo)相關(guān)，所以，具體值意義不重要，而值之間的對(duì)比關(guān)系是相對(duì)穩(wěn)定的，更能說明代碼的性能。        在圖3中，程序運(yùn)行的某個(gè)時(shí)刻，在循環(huán)外創(chuàng)建Java對(duì)象的程序設(shè)計(jì)策略對(duì)內(nèi)存資源的消耗是隨著循環(huán)次數(shù)的遞增而近似線性增加，與在循環(huán)內(nèi)部創(chuàng)建對(duì)象相比，消耗了更多的內(nèi)存資源。 在圖4中，同樣執(zhí)行一次輸入、輸出操作，在循環(huán)內(nèi)創(chuàng)建對(duì)象的程序設(shè)計(jì)策略需要更多的時(shí)

9、間，即程序運(yùn)行速度更慢。 綜合分析測試結(jié)果，針對(duì)智能設(shè)備內(nèi)存、CPU資源有限的特點(diǎn)，可以得到以下Java程序設(shè)計(jì)原則： 1）雖然Java具備垃圾回收機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的內(nèi)存資源回收，但在創(chuàng)建對(duì)象、申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)，也應(yīng)該盡量合并相同的請(qǐng)求。否則，仍然會(huì)使程序運(yùn)行中出現(xiàn)較高的內(nèi)存使用峰值，影響系統(tǒng)性能的發(fā)揮； 2）反復(fù)創(chuàng)建相同的對(duì)象雖然可以使邏輯更加簡潔，功能劃分更加清晰，但是相同對(duì)象的復(fù)用要更節(jié)省資源，并可以獲得更高的執(zhí)行效率。 3 總結(jié) 具備了很多先進(jìn)特性的Java技術(shù)在智能計(jì)算領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。虛擬機(jī)技術(shù)、垃圾回收機(jī)制簡化了程序的設(shè)計(jì)與開發(fā)，提高了軟件生產(chǎn)的效率。但是，在資源相對(duì)受限的智能設(shè)

10、備領(lǐng)域，利用Java進(jìn)行開發(fā)時(shí)，節(jié)約資源、提高程序效率仍舊是一個(gè)很重要的原則。在進(jìn)行這類軟件開發(fā)時(shí)，可以借鑒本文根據(jù)測試所得到的兩條原則。對(duì)軟件的性能的持續(xù)測試是保證軟件質(zhì)量、提高軟件性能的有效方法。JPDA體系的引入為Java軟件的性能測試提供了基礎(chǔ)性的保障。 參考文獻(xiàn)： 1Oracle，Java Platform Debugger Architecture Structure Overview，EB/OL，2010-08-10,http:/download- /6/docs/technotes/guides/jpda/architecture.html. 2Valentina Popescu，Java Application Profiling using TPTP，EB/OL，2006-02-212010-08-10./articles/Article -TPTP-Profiling-Tool/TptpProfilingArticle.html. 作者簡介： 荊濤（1977-），男，漢族，河北人，碩士，講