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 隨著計算機和網(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)計算機，從單機到網(wǎng)絡(luò)，Java技術(shù)幾乎無處不在。Java技術(shù)的顯著特點就是引入了虛擬機技術(shù)。程序代碼運行于Java虛擬機之上，由虛擬機解釋執(zhí)行，不和主機環(huán)境中的操作系統(tǒng)直接耦合。在虛擬機中實現(xiàn)的垃圾回收機制可以動態(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，由于程序代碼要經(jīng)過虛擬機的解釋執(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軟件運行時所消耗的內(nèi)存、時間等指標(biāo)進行測試。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平臺調(diào)試體系（JPDA，Java Platform Debugger

3、 Architecture） 是Java平臺的基礎(chǔ)組成部分，由Java虛擬機工具接口（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現(xiàn)對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節(jié)就會被屏蔽的越多，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。對于軟件測試人員，JPDA簡化了J

4、ava程序測試，實現(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。如果測試程序運行時間，開始標(biāo)記可以是程序運行前的時間，結(jié)束標(biāo)記是程序結(jié)束時間，兩者之差為程序運行時間。同樣，如果測試程序的內(nèi)存消耗，標(biāo)記可以是程序運行前后的內(nèi)存總量標(biāo)記。兩個標(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，由于打標(biāo)記也會消耗內(nèi)存和CPU資源，會引入額外的誤差，導(dǎo)致性能測試不準(zhǔn)確。Java平臺中JPDA的引入，解決了這個問題。利用JPDA進行測試，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，消除了對被測試代碼的污染，實現(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 JPDA中功能代碼和測試代碼的分離導(dǎo)致了獨立測試軟件平臺的出現(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（TPTP，The Eclipse Test and Performance Tools Platform）是其中廣泛使用的一個平臺。在進行性能測試時，TPTP依賴JPDA平臺，提供完善的性能測試功能。在軟件代碼實現(xiàn)時，TPTP以免費、開源的Eclipse框架為基礎(chǔ)，具有免費、開源的特點，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)定測試項目（時間測試、內(nèi)存測試等）后，就可以自動開始對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語言是實現(xiàn)智能設(shè)備的重要程序設(shè)計語言。針對智能裝備資源有限、對程序運行效率要求高的特點，可以借助TPTP對Java軟件進行性能測試。垃圾的回收機制和程序運行效率是Java語言的兩個重要特點，測試示例以這兩點為重點進行測試。 測試示例由兩段完成相同功能的代碼組成。代碼采用不同的實現(xiàn)策略，通過測試，在對測試結(jié)果進行對比和分析的基礎(chǔ)上，得出利用Java進行程序設(shè)計時的一些有益結(jié)論

7、。兩段代碼的基本功能是創(chuàng)建Java對象，利用對象完成象征性的輸入、輸出操作。清單1對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)計在for循環(huán)之內(nèi)，還是循環(huán)之外，即Java對象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垃圾回收機制的存在，程序中無論創(chuàng)建多少個對象都會在程序退出后，由Java虛擬機將相應(yīng)對象占用的內(nèi)存資源回收，所以，兩段代碼都不會造成內(nèi)存的浪費。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的工作，在功能上是等價的。 利用TPTP測試平臺，分別對兩段代碼進行測試，測試時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進行測試。兩段程序運行所需時間和內(nèi)存的測試結(jié)果如表1所示。因為測試結(jié)果的具體數(shù)值會和計算機內(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，而值之間的對比關(guān)系是相對穩(wěn)定的，更能說明代碼的性能。        在圖3中，程序運行的某個時刻，在循環(huán)外創(chuàng)建Java對象的程序設(shè)計策略對內(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)建對象的程序設(shè)計策略需要更多的時

9、間，即程序運行速度更慢。 綜合分析測試結(jié)果，針對智能設(shè)備內(nèi)存、CPU資源有限的特點，可以得到以下Java程序設(shè)計原則： 1）雖然Java具備垃圾回收機制，可以實現(xiàn)動態(tài)的內(nèi)存資源回收，但在創(chuàng)建對象、申請內(nèi)存時，也應(yīng)該盡量合并相同的請求。否則，仍然會使程序運行中出現(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) 具備了很多先進特性的Java技術(shù)在智能計算領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。虛擬機技術(shù)、垃圾回收機制簡化了程序的設(shè)計與開發(fā)，提高了軟件生產(chǎn)的效率。但是，在資源相對受限的智能設(shè)

10、備領(lǐng)域，利用Java進行開發(fā)時，節(jié)約資源、提高程序效率仍舊是一個很重要的原則。在進行這類軟件開發(fā)時，可以借鑒本文根據(jù)測試所得到的兩條原則。對軟件的性能的持續(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： 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