在Java應用程序中監視CPU的使用

2019-11-18 13:15:03

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供稿：網友

　　怎樣在java中得到CPU的使用情況呢？這兒同時有一個好消息和一個壞消息。壞消息是不能使用純Java的方法得到CPU的使用。沒有這方面的直接的API。一個建議的替代方法是通過Runtime.exec()確定JVM的進程ID（PID），調用外部的、平臺相關的命令，例如ps，然后在運行結果中解析出感愛好的PID。但是，這種方法并不理想。
　　
　　可以采用一個更為可靠的方案：跳出Java，寫幾行C代碼，然后通過JNI進行整合。下面我將向你展示編寫一個Win32平臺的簡單的JNI庫是多么簡單。
　　
　　一般來說，JNI有點復雜。但是，假如你僅僅單向調用--從Java調用本地代碼，并且僅使用基本型進行通訊--事情還是很簡單的。有許多JNI方面的學習資料，所以這兒我就不介紹JNI的基礎了。我僅介紹我的實現步驟。
　　
　　一、在Java中聲明JNI方法
　　開始，我創建一個聲明了本地方法的類com.vladium.utils.SystemInformation，該方法返回當前進程已使用的CPU的毫秒數。
　　
　　public staticnative long getPRocessCPUTime();
　　
　　使用JDK內置的javah工具產生將來本地代碼實現使用的C頭。
　　
　　JNIEXPORT jlong JNICALLJava_com_vladium_utils_SystemInformation_getProcessCPUTime (JNIEnv * env, jclass cls)
　　
　　二、本地方法實現
　　在大多數的Win32平臺上，該方法可以使用GetProcessTimes()系統調用實現，差不多僅需要3行代碼就可以了：
　　
　　JNIEXPORT jlong JNICALLJava_com_vladium_utils_SystemInformation_getProcessCPUTime (JNIEnv * env, jclass cls){
　　FILETIME creationTime, exitTime, kernelTime, userTime;　　　　GetProcessTimes (s_currentProcess, & creationTime, & exitTime, & kernelTime, & userTime);
　　return (jlong) ((fileTimeToInt64 (& kernelTime) + fileTimeToInt64 (& userTime)) /
　　(s_numberOfProcessors * 10000));}
　　
　　該方法首先累加用于執行當前進程的核心和用戶代碼耗費的時間，除以處理器的數目，并把結果轉換到毫秒。fileTimeToInt64()是一個輔助函數，用于把FILETIME結構的數據轉換為64位的整數。s_currentProcess 和 s_numberOfProcessors是全局變量，當JVM裝載本地庫時即初始化。
　　
　　static HANDLE s_currentProcess;static int s_numberOfProcessors;JNIEXPORT jint JNICALLJNI_OnLoad (JavaVM * vm, void * reserved){
　　SYSTEM_INFO systemInfo;
　　s_currentProcess = GetCurrentProcess ();
　　GetSystemInfo (& systemInfo);
　　s_numberOfProcessors = systemInfo.dwNumberOfProcessors;　　return JNI_VERSION_1_2;}
　　
　　注重，假如你在UNIX平臺上實現getProcessCPUTime()，你應該以getrusage系統調用開始。
　　
　　三、調用本地方法
　　回到Java中，在SystemInformation類中，裝載本地庫（silib.dll on Win32）最好通過靜態初始化代碼塊完成。
　　
　　private static final String SILIB = "silib";
　　static　　{
　　try　　　　{
　　System.loadLibrary (SILIB);
　　}　　　　catch (UnsatisfiedLinkError e)
　　　　　　{
　　　　　　　　System.out.println ("native lib '" + SILIB + "' not found in 'java.library.path': "　　　　　　+ System.getProperty ("java.library.path"));　　　　　　　　　　　　throw e; // re-throw　　　　}　　}
　　
　　注重，getProcessCPUTime()返回自JVM進程創建以來使用的CPU時間。就這個數據本身而言，對于這兒并沒有太多的用處。我需要更有用的Java方法來記錄不同的時刻的數據快照（data snapshots），并報告任何兩個時間點之間CPU的使用。
　　
　　public static final class CPUUsageSnapshot　　{
　　private CPUUsageSnapshot (long time, long CPUTime)
　　　　　　{
　　m_time = time;
　　m_CPUTime = CPUTime;
　　　　　　}
　　　　　　　　　　public final long m_time, m_CPUTime;
　　　　　　　　}
　　 // end of nested class
　　　　　　public static CPUUsageSnapshot makeCPUUsageSnapshot ()
　　　　{
　　　　　　return new CPUUsageSnapshot (System.currentTimeMillis (), getProcessCPUTime ());
　　　　}
　　　　　　public static double getProcessCPUUsage (CPUUsageSnapshot start, CPUUsageSnapshot end)
　　　　{
　　　　　　return ((double)(end.m_CPUTime - start.m_CPUTime)) / (end.m_time - start.m_time);
　　　　}
　　
　　四、一個簡單的CPU監視程序
　　“CPU監視API”基本就完成了！最后，我創建了一個singleton的線程類CPUUsageThread，它自動地每過一個時間間隔（默認是0.5秒）就拍下一個數據快照，并報告給所有的CPU使用事件的監聽者（Observer模式）。
　　
　　public void run ()　　{
　　while (! isInterrupted ())　　　　{
　　final SystemInformation.CPUUsageSnapshot snapshot　 = SystemInformation.makeCPUUsageSnapshot ();　　　　　　notifyListeners (snapshot);
　　try　　　　　　{
　　sleep (sleepTime);　　　　　　}
　　catch (InterruptedException e)　　　　　　{　　　　　　　　return;　　　　　　}　　　　}　　}
　　
　　CPUmon類是一個示例的監聽器，僅簡單地把CPU的使用情況打印輸出到System.out。
　　
　　[code]　　public static void main (String [] args) throws Exception　　{　　　　if (args.length == 0)　　　　　　throw new IllegalArgumentException ("usage: CPUmon　");
　　CPUUsageThread monitor = CPUUsageThread.getCPUThreadUsageThread ();　　　　CPUmon _this = new CPUmon ();
　　Class app = Class.forName (args [0]);
　　Method appmain = app.getMethod ("main", new Class [] {String[].class});
　　String [] appargs = new String [args.length - 1];　　　　System.arraycopy (args, 1, appargs, 0, appargs.length);　　　　　　　　monitor.addUsageEventListener (_this);　　　　monitor.start ();　　　　appmain.invoke (null, new Object [] {appargs});　　}[/code]
　　
　　另外，為了能夠在啟動要監視的應用程序之前開始CPUUsageThread，CPUmon.main()包裝了另一個Java主類。
　　作為演示，我運行CPUmon和JDK1.3.1的SwingSet2示例程序（不要忘了把silib.dll安裝到OS的PATH環境變量或者java.library.path系統屬性所覆蓋的路徑下）：
　　
　　>java -Djava.library.path=. -cp silib.jar;(my JDK install dir)/demo/jfc/SwingSet2/SwingSet2.jar CPUmon SwingSet2
　　
　　[PID: 339] CPU usage: 46.8%
　　[PID: 339] CPU usage: 51.4%
　　[PID: 339] CPU usage: 54.8%
　　(while loading, the demo uses nearly 100% of one of the two CPUs on my machine)
　　...
　　[PID: 339] CPU usage: 46.8%
　　[PID: 339] CPU usage: 0%
　　[PID: 339] CPU usage: 0%
　　(the demo finished loading all of its panels and is mostly idle)
　　...
　　[PID: 339] CPU usage: 100%
　　[PID: 339] CPU usage: 98.4%
　　[PID: 339] CPU usage: 97%
　　(I switched to the ColorChooserDemo panel which ran a CPU-intensive
　　animation that used both of my CPUs)
　　...
　　[PID: 339] CPU usage: 81.4%
　　[PID: 339] CPU usage: 50%
　　[PID: 339] CPU usage: 50%
　　(I used Windows NT Task Manager to adjust the CPU affinity for the
　　"java" process to use a single CPU)
　　...
　　
　　當然，我也可以通過任務治理器查看到CPU使用信息，這兒的要點是現在我們可以以編程方式記錄該信息。對于長時間運行測試和服務器應用診斷程序，遲早會派上用場。本文附帶的完整的庫中添加了其它一些有用的本地方法，其中一個可以得到進程的PID（用于與外部工具整合）。

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