并發性能測試程式編寫

一般要測試軟體或者庫的性能，需要在多線程條件下進行。本文提供一種編寫多線程性能測試的模闆，友善大家參考和使用。

本文以AES加密和解密為例，并指出Cipher的擷取在程式中的不同位置會對程式性能造成的影響。

程式代碼如下：

package com.lazycat.secure.aes;

import java.nio.charset.Charset;

import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

import javax.crypto.Cipher;

import javax.crypto.NoSuchPaddingException;

import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class AESCoder {

    public static int count = 1000000;

    public static CountDownLatch latch =new CountDownLatch(count);

    public static void main(String[] args)throws Exception {

       ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(200);

       final byte[] payload = "{\"msg\":{\"content\":{\"text\":\"JJH\",\"tplId\":0},\"from\":{\"name\":\"10000213\",\"id\":1,\"type\":0},\"to\":{\"name\":\"10095812\",\"id\":10000213,\"type\":0},\"time\":0,\"txid\":0,\"subtype\":1},\"type\":\"chat\"}".getBytes(Charset.forName("utf-8"));

       final String secureKey ="BBmFdTFVgAjgHNwRkWWRcOFFiBzAANFU9DmMAP1JpBmc.";

       long start = System.currentTimeMillis();

       for(int i = 0 ; i <count ; i++){

           pool.execute(new Runnable() {

              public void run() {

                  AESCoder coder = new AESCoder();

                  byte[] enret =null;

                  try {

                     enret = coder.encrypt(payload,secureKey);              

                     byte[] deret = coder.decrypt(enret, secureKey);

                     System.out.println(new String(deret,"utf-8"));

                  } catch (Exception e) {

                     e.printStackTrace();

                  }

                  latch.countDown();

               }

           });       

       }

       latch.await();

       System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);

       pool.shutdown();

    }

    private byte[] encrypt(byte[] payload,String securekey)throws Exception{

       byte[] enCodeFormat = securekey.substring(0, 16).getBytes();

        SecretKeySpec key = newSecretKeySpec(enCodeFormat,"AES");     

        Cipher cipher = CliperInstance.getInstance();//建立密碼器

       //Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");

        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);//初始化 

        byte[] result = cipher.doFinal(payload); 

        return result;

    public byte[] decrypt(byte[] buffer,StringsecureKey)throws Exception{

        byte[] enCodeFormat = secureKey.substring(0,16).getBytes();

        SecretKeySpec key = newSecretKeySpec(enCodeFormat,"AES");              

        //Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");//建立密碼器

        Cipher cipher = CliperInstance.getInstance();

        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);//初始化 

        byte[] result = cipher.doFinal(buffer); 

}

class CliperInstance {

    private static ThreadLocal<Cipher> cipherTL =new ThreadLocal<Cipher>(){

       @Override

       protected Cipher initialValue() {

           try {

              return Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");

           }catch(Exception e){

              return null;

           }

    };

    public static   CiphergetInstance() throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException{

       returncipherTL.get();

上述代碼中有兩個方法，分别是encrypt和decryption，分别表示加密和解密。

為了簡單，可以被多個線程共用，是以将CountDownLatch定義為static。

在main函數中，建立了固定大小的線程池（200個線程，這個可以根據需要進行調整）和用于加密的payload和秘鑰secureKey。Start用于記錄開始時間，通過最後的System.currentTimeMillis()-start即可獲得程式的運作時間。在for循環中，并發執行了count（10W）次payload的加密和解密，每個線程在執行完一個任務後會調用latch.countDown()，而主程式在循環後使用latch.await()，等待所有線程執行結束後，統計執行時間，輸出消耗時間，最後關閉線程池。

一般在做對比或者尋找瓶頸時，才會使用性能測試，下面給出一個性能對比的例子。

在前面的代碼中，無論是encrypt，還是decrypt，都有如下内容：

       Cipher cipher = CliperInstance.getInstance();//建立密碼器

現在我們要對比每次加密和解密都執行Cipher.getInstance方法和對每一個線程自己都維護一個Cipher執行個體的性能差别。（我們都知道，Ciper.getInstance的調用時很耗時的）。

使用Ciphercipher = CliperInstance.getInstance(); 時，執行100W次加密和解密，大約使用11.2s，而使用Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); 大約需要39.6s，是以在進行加密、解密、簽名等算法時，最好每個線程維護一個加密、解密或者簽名的執行個體（這些執行個體是不能再多線程間共享的，如上例所示，調用init和doFinal必須在一個線程内完成，如果全局共享同一個執行個體，A調用init，B也調用了init，當A調用doFinal時，此時執行個體内的資料已經不是A的了，會出現異常）。

順便說一下，如果要求每個線程有自己的執行個體的情況下（如上面的加密和解密等），那麼就可以使用ThreadLocal，在使用ThreadLocal時，重寫内部的initialValue 方法，每次調用ThreadLocal的get方法時，ThreadLocal執行個體先到自己的Map中尋找有沒有目前線程對應的Instance，如果存在，将Instance傳回，如果不存在，調用initialValue去建立一個Instance，并将新Instance放到Map中後，傳回。詳情參看JDK文檔。

需要注意的是，CliperInstance 沒必要非點單寫成一個類，這裡是為了讓代碼更容易懂。