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认识 p-unit : 一款开源的性能测试工具
p-unit 是一款开放源码的性能测试框架，和 JUnit 不同，JUnit 关注的是测试案例的正确性，而 p-unit 不仅关注测试案例的正确性，还收集测试案例的性能参数，默认情况下，p-unit 收集测试案例的时间和内存消耗情况，可以产生文件，图片，和 PDF 格式的报表。此外，p-unit 还支持参数化测试，多线程测试以及不同 Java 虚拟机性能之间的比较。
或许我们已经习惯了使用 JUnit 来写单元测试来保证代码质量（我也一直这么做），但可能经常碰到这样的问题：
- 程序多线程下正确性如何？
- 如何测试程序的性能？
- 当有多个方案可以选择时，技术上如何比较不同方案的性能？
对于问题 1，我们或许听天由命？或是凭借人工分析，或是根据用户反馈？很多软件单线程下的单元测试覆盖率相当高，从而保证了代码的健壮性。然而多线程测试时常被忽略，这并不代表多线程测试不重要，相反，修正一个用户报告的多线程 BUG 往往比单线程的要高出很多，因为测试案例经常不是 100% 可重现的。这更要求程序员在开发阶段充分的重视。目前多线程单元测试力度不够的一个重要原因是没有一个像 JUnit 那样易用的测试工具，另外重复写测试案例往往不被程序员接受。
对于问题 2，一个成熟的关心性能的产品往往有一个性能测试平台。这个测试平台应该关注的是测试业务逻辑本身，而无需关心如何运行测试案例。你是否为写这样的测试平台痛苦过？以及花费时间在产生一些直观的报表上面？
对于问题 3，我们往往写一个原型来比较不同产品之间的性能，如何比较执行速度和内存消耗？或是选择最适合你的虚拟机？
p-unit 就是这么一款开源的性能测试软件，它能帮助你很好的解决上述问题。p-unit 可以：
- 多线程支持：同一个测试案例可以单线程执行，也可以多线程执行，测试案例开发者只需写一套测试案例。
- 参数化测试案例：很多测试案例，需要测试同一功能在不同数量级上的性能表现。
- 不同虚拟机性能测试：只需指定虚拟机路径，即可测试同一个测试案例在不同虚拟机上的表现，报表上可以非常直观显示性能差别。
- 事件机制构架：punit 是基于事件机制构架的，如果用户想定制报表，只需实现事件响应器，并注册该响应器到 punit 核心即可。
在了解如何多线程执行测试案例之前，我们先了解一下如何利用 p-unit 单线程执行测试案例。不同于 JUnit， p-unit 测试用例无需继承任何测试类或是实现接口，即可执行 test 开始的方法。尽管 JUnit 4 中加入了注释（Annotation） 的特性，但测试方法前缀为 "test" 仍然是测试者们的首选。因此如果你的 JUnit 测试案例遵循的是 test 命名规则，那么 p-uni t可以兼容运行 JUnit 测试案例。
下面的代码清单 1 是一个最为普通的测试案例:
清单 1. 测试案例 1
public class SimpleTestClass {
public void setUp() {
SampleUtil.doSomething();
}
public void tearDown() {
SampleUtil.doSomething();
}
public void testA() {
System.out.println("testA");
SampleUtil.doSomething();
}
public void testB() {
SampleUtil.doSomething();
}
public void testC() {
SampleUtil.doSomething();
}
}
public class SampleUtil {
private static Random _random = new Random();
public static void consumeMemory(int length) {
byte[] data = new byte[length];
for(int i = 0, j = 0; i < data.length; ++i) {
++j;
}
}
public static void consumeTime(int time) {
ThreadUtil.sleepIgnoreInterruption(time);
}
public static void doSomething() {
consumeTime(Math.abs(_random.nextInt()) % 500);
consumeMemory(Math.abs(_random.nextInt()) % 100000);
}
}
|
这是做为普通的测试案例，但是注意到这仅仅是一个测试案例，不包含其他任何逻辑，这也是 p-unit 追求的业务逻辑和测试运行环境分离的一个理念。同一个测试案例，用户可以选择不同的测试环境去运行，而不是绑定在某一个特定的测试软件工具上。现在我们来看 p-unit 是如何运行这个测试案例的。你只需要在 main 函数中写一行代码来运行它:
清单 2. 单线程运行测试案例
public static void main(String[] args) {
new PUnitSoloRunner().run(SimpleTestClass.class);
}
|
清单 3. 单线程运行测试案例结果
[solo] Started running samples.SimpleTestClass samples.SimpleTestClass testA testA() - [287.0ms] testB() - [27.0ms] testC() - [213.0ms] total: 3, failures:0 (GREEN) - 2025.0ms |
是否和想象中的一样？下面我们来看如何多线程执行这个测试案例。或许从上面的例子你已经猜到了，在 main 函数还是只需一句代码，只用把 PUnitSoloRunner 换成 PUnitConcurrentRunner 即可！
清单 4. 多线程运行测试案例
public static void main(String[] args) {
new PUnitConcurrentRunner().run(SimpleTestClass.class);
}
|
清单 5. 多线程运行测试案例结果
[concurrent] Started running samples.SimpleTestClass samples.SimpleTestClass testA testA testA testA testA testA testA testA testA testA testA() - [405.0ms] testB() - [469.0ms] testC() - [503.0ms] total: 3, failures:0 (GREEN) - 1447.0ms |
是否和想象中的一样？默认情况 p-unit 启动 10 个线程来执行，要指定不同的线程数，只需将线程数做为参数传入 PUnitConcurrentRunner 即可。p-unit 甚至支持不同的测试案例有不同的线程数，这要求测试案例实现 p-unit 中定义的 Concurrent 接口，该接口的定义为：
清单 6. p-unit Concurrent 接口
public interface Concurrent {
public int concurrentCount();
}
|
该接口的意思，相信无需再多做解释了，返回该测试案例需要的线程数。
性能测试，不同于单元测试，经常要求测试不同数量级在同一个测试场景中的表现，JUnit 是一款非常优秀的单元测试工具，但没覆盖到这个方面。比如我们比较类库 Foo1 的方法 bar() 和类库 Foo2 的方法 bar() 哪个更符合自己的应用程序，我们需要测试该函数在应用程序可能的数量级的范围内的表现。有经验的开发者知道经常碰到在小数量级 A 更好大数量级 B 更好的局面，因此全面的测试对于代码的性能理解非常重要，能帮助开发者做出正确的决定。p-unit 支持将参数传给测试方法，测试案例需要实现 p-unit 的 parameterizable 接口，该接口的主要方法是返回一组参数列表，这组列表的参数将会一一传给测试方法。
清单 7. p-unit 参数化测试案例
public class ParamTestClass implements Parameterizable {
public static void main(String[] args) {
new PUnitSoloRunner().run(ParamTestClass.class);
}
public Parameter[] parameters() {
return new Parameter[] { new ParameterImpl(10), new ParameterImpl(20) };
}
public void testA(ParameterImpl param) {
SampleUtil.doSomething();
}
public void testB(ParameterImpl param) {
SampleUtil.doSomething();
}
public void testC(ParameterImpl param) {
SampleUtil.doSomething();
}
public void setUpAfterWatchers(Parameter param) throws Exception {
}
public void setUpBeforeWatchers(Parameter param) throws Exception {
}
public void tearDownAfterWatchers(Parameter param) throws Exception {
}
public void tearDownBeforeWatchers(Parameter param) throws Exception {
}
static class ParameterImpl implements Parameter {
private int _count;
ParameterImpl(int count) {
_count = count;
}
public int count() {
return _count;
}
public String toString() {
return String.valueOf(_count);
}
}
}
|
上述代码的执行结果为：
清单 8. p-unit 参数化测试案例输出
[solo] Started running samples.ParamTestClass samples.ParamTestClass testA(10) - [57936.0bytes,447.0ms] testA(20) - [33128.0bytes,61.0ms] testB(10) - [24832.0bytes,137.0ms] testB(20) - [0.0bytes,63.0ms] testC(10) - [83560.0bytes,468.0ms] testC(20) - [16528.0bytes,47.0ms] total: 6, failures:0 (GREEN) 1450.0ms |
从上述结果看出，每个方法被执行了 2 次，每次传入不同的参数。多线程运行参数化测试程序？相信读者已经明白怎么去实现了，只需将 PUnitSoloRunner 替换成 PUnitConcurrentRunner。
随着 Java 开源，出现了更多的 Java 运行环境，除了 SUN 的参考实现外，BEA、IBM 均有自己的 Java 运行环境，更有如 Apache Harmony 的开源运行环境（尽管现在 Apache Harmony 尚不能称为 Java 运行环境）。运行环境测试案例，为运行环境开发者以及选择运行环境，都能提供一定的帮助。比如说下面的例子就是测试 java.util.ArrayList 和 java.util.Vector 在两个不同运行环境的表现。测试案例写法和普通的测试案例完全一样，我们只需告诉 p-unit 不同的运行环境的 Java 路径以及正确的 classpath，然后调用 runVMs 函数即可：
清单 9. p-unit 运行环境测试案例
public static void main(String[] args) {
PUnitSoloRunner runner = new PUnitSoloRunner();
runner.addPUnitEventListener(new OverviewReporter(new ImageRender()));
runner.runVMs(ListTestClass.class, new VM[] { VMConfig.HARMONY, VMConfig.SUN });
}
public class VMConfig {
private static String CLASSPATH = " -cp correct_classpath_including_all_jars_and_path";
private static String HARMONY_PATH = "harmony_path\\bin\\java" + CLASSPATH;
private static String SUN_PATH = "sun_path\\bin\\java" + CLASSPATH;
public static VM HARMONY = new VM(HARMONY_PATH, "HARMONY");
public static VM SUN = new VM(SUN_PATH, "SUN");
}
public class ListTestClass {
private static final int LIST_COUNT = 100000;
private static Object element = new Object();
private Random indexGenerator = new Random();;
public void testInsertArrayList() {
ArrayList arrayList = new ArrayList(LIST_COUNT);
insertSequence(arrayList);
insertRandom(arrayList);
}
public void testInsertVector() {
Vector vector = new Vector(LIST_COUNT);
insertSequence(vector);
insertRandom(vector);
}
public void insertSequence(List list) {
for (int i = 0; i < LIST_COUNT; ++i) {
list.add(element);
}
}
public void insertRandom(List list) {
for (int i = 0; i < LIST_COUNT; ++i) {
list.add(indexGenerator .nextInt(LIST_COUNT),element);
}
}
}
|
上述代码的运行结果如下:
图 1. 运行环境测试案例结果
从上图中可以很直观的看出，笔者使用的 HARMONY 版本在该测试案例中速度更快（左图），但内存消耗更多（右图）。下一节将讲述如何输出报表，但或许你已经注意到了，代码非常简单。
从上面的实例中我们已经看到 p-unit 的输出结果的两种形式，控制台和报表图片。默认情况下，p-unit 将输出到控制台。p-unit 采用事件机制，在运行器的每个节点都会提供通知事件。所有的输出都是通过注册事件响应器来实现的。这也表明了结果输出和运行器完全隔离，用户也可以定制自己的报表。p-unit 有 4 种内建输出，分别为控制台、文件、图片报表以及 PDF 报表。上一节的例子中我们已经看到图片报表，其代码为：
清单 10. 添加 p-unit 总体图片报表
runner.addPUnitEventListener(new OverviewReporter(new ImageRender())); |
p-unit 内建的报表有分三种不同的粒度：总体级别（OverviewReporter），TestSutie 级别（TestSuiteReporter），以及测试案例类级别（TestClassReporter）。这三种级别都可以输出图片格式或是 PDF 格式，因此，总共有六种类型的输出。上述的代码就是输出总体级别的图片。由于事件监听器是互相独立的，因此你可以既选择输出图片又选择输出 PDF 文件，只需再添加事件监听器即可：
清单 11. 添加多个 p-unit 事件监听器
runner.addPUnitEventListener(new OverviewReporter(new ImageRender())); runner.addPUnitEventListener(new OverviewReporter(new PDFRender())); |
至此，你是否基本理解了 p-unit 的概念呢？简单，易用，关注多线程，关注性能，这就是 p-unit。此外 p-unit 还有很多很好的小特性，如 Alphabetical 接口来保证执行测试函数的先后顺序等。使用 p-unit，让你的代码更健壮！
