手把手教你实现一个代码执行耗时统计插件！
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2021-04-04 08:41
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编辑：业余草
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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：
通过调用 Start(name) 和 Stop() 方法，进行耗时统计。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：
实现 AutoCloseable 接口，实现 close() 接口：
@Override
public void close() {
this.stop();
}
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。