如何优雅的统计代码耗时

超、凢脫俗 2022-12-17 15:56 201阅读 0赞

## 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)` 和 `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 `Supplier` 和 `IntConsumer` 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();
        }
    }

在 `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~