Le profilage d'applications Java

Avant de commencer : les grands principes de  fonctionnement de la JVM

Une bonne connaissance du fonctionnement de la Machine virtuelle Java (Java Virtual Machine ou JVM) est un point incontournable pour une bonne compréhension des comportements des programmes Java.

C’est ce qui permet à Java d’avoir cette relative simplicité d’implémentation, qui autorise les développeurs à se concentrer sur le code métier et moins sur certains aspects techniques, tels que la gestion de la mémoire ou la compatibilité avec le système d’exploitation cible.

Il y a au moins deux facettes de la JVM qu’il convient d’aborder dans l’optique de la compréhension d’un problème de performance : la facette "gestion automatisée de la mémoire", notamment les différentes zones mémoire associées à l’algorithme de garbage collection (recyclage de la mémoire non utilisée), et la facette ’’gestions des fils d’exécution’’ (threads) qui rend Java nativement multi-thread.

Premier profilage d’une application avec NetBeans

Dans ce premier profilage, l’application graphique Swing, vue au chapitre Le développement d’applications riches, sera analysée. Le profilage ne s’arrête pas aux applications lourdes de bureau, il peut s’appliquer à des serveurs web hébergeant plusieurs applications web différentes. C’est d’ailleurs dans ce domaine que le profilage est le plus souvent utilisé, notamment pour suivre le comportement d’une application soumise à un stress provoqué par son utilisation massive par des utilisateurs simultanés. Le profilage permet ici de valider que l’application tient la charge et qu’il est possible de la déployer et de la mettre à disposition en toute confiance. Pour résumer, le profilage peut s’appliquer sur n’importe quel programme qui s’exécute sur une JVM.

1. Déclenchement et configuration du premier profilage

Il est possible de profiler une application depuis NetBeans directement depuis le menu disponible par un clic droit sur un projet, comme montré dans la copie d’écran ci-après.

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Déclenchement du profilage pour un projet

Après avoir cliqué, la fenêtre de profilage apparaît.

Accueil de l’outil de profilage dans NetBeans

La fenêtre indique qu’aucune donnée permettant de faire un profilage n’a été trouvée. Afin d’activer la récolte de ces données, il faut s’attacher à une application Java s’exécutant sur la même machine.

a. Lancement et calibration

Pour profiler l’application Swing développée au chapitre Le développement d’applications riches, il faut la lancer. Une fois démarrée, elle devrait apparaître dans la liste des applications sur lesquelles il est possible d’attacher l’outil de profilage. Cette liste s’affiche lorsque l’on clique sur le bouton avec un symbole de chronomètre.

Lancement d’un profilage

Après avec cliqué sur cette entrée de menu, NetBeans nous informe que la calibration de la JVM pour l’environnement choisi n’est pas faite.

Calibration à effectuer avant le premier profilage

En cliquant sur Show...

Analyses possibles relatives à la mémoire

Plusieurs méthodes d’analyse sont possibles pour vérifier l’utilisation de la mémoire : les analyses globales (en cours d’exécution) et les analyses à froid.

1. Analyse globale de la mémoire

Les analyses à chaud permettent de se rendre compte du comportement en matière de gestion de la mémoire du programme observé. L’observation de la mémoire est répartie sur deux outils de la console de profilage : l’onglet Telemetry, qui contient les statistiques de garbage collection et de l’occupation mémoire du Heap, et l’onglet Objects, qui recense les instances en cours d’utilisation du programme.

a. Observation et interprétation du comportement de la mémoire

Pour mettre en avant le comportement du programme du point de vue de la mémoire, il est possible de grossir le trait en chargeant artificiellement ce programme. Dans le programme qui est observé dans ce chapitre, il est possible de simuler cette charge par un appui répété (une trentaine de fois) sur le bouton de chargement du CSV : Charger le csv

Utilisation de l’application Swing pour l’exemple de profilage

On observe alors le comportement suivant dans l’onglet Telemetry :

Observation de la consommation mémoire

La mémoire utilisée augmente assez fortement au moment du test (12:01) puis est subitement libérée.

Notez que la progression lente de l’utilisation mémoire jusqu’à peu avant le début du test de charge est due à l’action de l’outil de profilage pour la surveillance et l’instrumentation des classes. La courbe théorique sans profilage devrait être plate jusqu’au déclenchement du test de charge.

Cette diminution brutale correspond à un évènement de garbage collection, comme l’indique ce second graphique :

Métriques liées au garbage collector

La courbe en bleue (tracé en bâton) symbolise les moments où le garbage collector se met en marche (GC Intervals). La courbe en jaune (en créneau) indique le nombre de générations survivantes. Elle permet l’observation de l’évolution des générations...

Analyses possibles relatives à l’utilisation du processeur

L’analyse des temps d’exécution permet de se rendre compte d’éventuels problèmes de lenteur qui peuvent être constatés à l’utilisation d’une application.

Pour activer ce mode de l’outil de profilage, il faut sélectionner le mode Methods. 

Activation des métriques de méthodes

Dans ce cas, l’onglet Objects disparaît au profit de l’onglet Methods. Dans cet onglet, il est alors possible de suivre les temps d’exécution par classe et par méthode.

Après un clic sur le bouton Charger le csv (et nettoyage préalable des statistiques), le résultat est le suivant :

Suivi du temps d’exécution par méthode

Il est possible de constater que le temps d’exécution de l’action de chargement est enregistré à 55 ms. Ce temps se décompose en 43,6 ms pour l’exécution de la méthode loacCSVActionPerformed() elle-même (analyse du contenu CSV, mise à jour de l’interface), et 6 ms supplémentaires sont passées dans la méthode countLinesHavingMissingValues()(n’apparaît pas sur l’écran) ; le reste tient à l’application des styles graphiques gérée par les classes dont le package débute...