Java高并发测试框架JCStress详解

前言

如果要研究高并发，一般会借助高并发工具来进行测试。JCStress（Java Concurrency Stress）它是OpenJDK中的一个高并发测试工具，它可以帮助我们研究在高并发场景下JVM，类库以及硬件等状况。

JCStress学起来很简单，而且官方也提供了许多高并发场景下的测试用例，只要引入一个jar包，即可运行研究。

如何使用JCStress

此演示用maven工程，首先需要引入jar包，核心包是必须要的，样例包非必须要，此是为了演示其中的例子。

<dependencies>
    <!-- jcstress 核心包 -->
    <dependency>
        <groupId>org.openjdk.jcstress</groupId>
        <artifactId>jcstress-core</artifactId>
        <version>0.3</version>
    </dependency>
    <!-- jcstress测试用例包 -->
    <dependency>
        <groupId>org.openjdk.jcstress</groupId>
        <artifactId>jcstress-samples</artifactId>
        <version>0.3</version>
    </dependency>
</dependencies>

先写一个简单测试用例，一些注解不明白可以先不管，后面会讲解。此样例会在高并发下调用actor1和actor2方法各一次，按照正常逻辑，x最后的值要么是-1要么是5，如果actor2方法内的2行代码发生了指令重排序，就会导致x的值可能为0。

package com.nobody;

import org.openjdk.jcstress.annotations.*;
import org.openjdk.jcstress.infra.results.I_Result;

/**
 * @Description 测试指令重排序
 * @Author Mr.nobody
 * @Date 2021/4/6
 * @Version 1.0
 */
@JCStressTest // 标记此类为一个并发测试类
@Outcome(id = {"0"}, expect = Expect.ACCEPTABLE_INTERESTING, desc = "wrong result") // 描述测试结果
@Outcome(id = {"-1", "5"}, expect = Expect.ACCEPTABLE, desc = "normal result") // 描述测试结果
@State //标记此类是有状态的
public class TestInstructionReorder {

    private boolean flag ;
    private int x;

    public TestInstructionReorder() {}

    @Actor
    public void actor1(I_Result r) {
        if (flag) {
            r.r1 = x;
        } else {
            r.r1 = -1;
        }
    }

    @Actor
    public void actor2(I_Result r) {
        this.x = 5;
        flag = true;
    }
}

配置程序的主类，org.openjdk.jcstress.Main是JCStress自带的一个启动类；然后可以配置-t参数设置需要测试的类，当然 -t 后面也可以指定包名，表示执行指定包下的所有测试类。如果不指定-t参数，默认会扫描项目下所有包的类。

运行程序，结果显示，x的值出现了0，-1，5三种结果，其中值为0不是我期待的，但是它在高并发下确实出现了，虽然相比其他值（几十万次）出现的概率（200多次）很低。

有些人会说用jmeter工具不也可以测试高并发，但是它们的侧重点还是不一样的，jmeter侧重对于接口整体的响应速度等进行测试，而JCStress框架能对某块逻辑代码进行高并发测试，更加侧重JVM，类库等领域的研究。

而且，JCStress会考虑不同JVM参数设置下的测试，而且自动帮我们设置，例如上图所示[-XX:-TieredCompilation]。

除了命令行窗口显示的测试结果之外，还会在项目所在的目录下生成 results文件夹，生成测试结果文档，其中index.html是测试总览，其他html文件是每个测试类的报告，结合结果数据结构可视化图形更加容易理解。

JCStress 注解说明

@JCStressTest

标记一个类为并发测试的类，它有一个org.openjdk.jcstress.annotations.Mode枚举类型的属性value。Mode.Continuous模式表示会运行几个Actor，Ariter线程，并收集统计结果。Mode.Termination模式代表运行具有阻塞/循环操作的单个Actor，看是否响应Singal信号。

@State

标记一个类是有状态的，即拥有可以读写的数据，例如上例的x和falg。State类只能是public的，不能是内部类（可以是静态内部类），并且得有一个默认构造方法。

@Outcome

描述测试的结果，它有3个属性，id属性为一个字符串数组，表示接收的结果，支持正则表达式；expect表示对观测结果的期望，它的值是一个枚举值；desc属性指定一个易于人类理解的对结果的描述。@Outcomes注解可以组合多个结果注解。

@Actor

@Actor是一个中心测试注解，它标记的方法会被一个特定的线程调用，每一个对象的方法只能被调用一次。多个Actro方法调用顺序是不保证的，它们是并发执行的，方法可以抛出异常并且会导致测试失败。Actor方法所在的类必须有State或者Result注解。

@Arbiter

它的作用其实和@Actor差不多，但是Arbiter标记的方法调用是在所有@Actor标记的方法调用之后，所以它标记的方法一般作为收集最后的结果来使用。

@Signal

此注解也是标记方法的，但是它是在JCStressTest的Termination模式下工作的，它的调用是在所有Actor之后。

@Result

它标记的类被作为测试结果的类，JCStress自带的org.openjdk.jcstress.infra.results包下就有大量的测试结果类，不同的类可以用来保持不同的结果。例如I_Result类有一个int类型的变量r1；II_Result类有2个int类型的变量r1和r2。

JCStress 插件

有一个插件集成了JCStress和Gradle，我们只需要在build.gradle中引入此插件，即可使用插件命令来进行测试。插件依赖为jcstress-gradle-plugin。

build.gradle文件如下，不同版本的插件集成了默认的JCStress版本，当然我们也可以自定义更改，如下最后一行所示。

apply plugin: 'java'
apply plugin: 'idea'
apply plugin: 'jcstress'

buildscript {
    repositories {
        jcenter()
    }

    dependencies {
        classpath 'com.github.erizo.gradle:jcstress-gradle-plugin:0.8.1'
    }
}


ext {
    jcstressVersion = '0.7'
}

repositories {
    jcenter()
}

dependencies {
    compile "org.openjdk.jcstress:jcstress-core:${jcstressVersion}"
}

jcstress {
    jcstressDependency "org.openjdk.jcstress:jcstress-core:${jcstressVersion}"
}

然后在项目即可编写测试类，例如还是上面那个例子，最后我们在项目根目录下执行 gradle jcstress，即可显示测试结果。也可以通过参数指定要测试的类，例如 gradle jcstress --tests "TestInstructionReorder"。

插件源码地址：https://github.com/jerzykrlk/jcstress-gradle-plugin