在Java应用程序中使用JNI来监视CPU详解

怎样在Java中得到CPU的使用情况呢？这儿同时有一个好消息和一个坏消息。

坏消息是不能使用纯Java的方法得到CPU的使用。没有这方面的直接的API。一个建议的替代方法是通过Runtime.exec()确定JVM的进程ID（PID），调用外部的、平台相关的命令，例如ps，然后在运行结果中解析出感兴趣的PID。但是，这种方法并不理想。

好消息是，可以采用一个更为可靠的方案：跳出Java，写几行C代码，然后通过JNI进行整合。下面我将向你展示编写一个Win32平台的简单的JNI库是多么简单。

一般来说，JNI有点复杂。但是，如果你仅仅单向调用--从Java调用本地代码，并且仅使用基本型进行通讯--事情还是很简单的。有许多JNI方面的学习资料，所以这儿就不介绍JNI的基础了。仅介绍实现步骤。

一、在Java中声明JNI方法

开始，创建一个声明了本地方法的类com.vladium.utils.SystemInformation，该方法返回当前进程已使用的CPU的毫秒数。

public staticnative long getProcessCPUTime();

使用JDK内置的javah工具产生将来本地代码实现使用的C头。

JNIEXPORT jlong JNICALL

Java_com_vladium_utils_SystemInformation_getProcessCPUTime (JNIEnv * env, jclass cls)

二、本地方法实现

在大多数的Win32平台上，该方法可以使用GetProcessTimes()系统调用实现，差不多仅需要3行代码就可以了：

JNIEXPORT jlong JNICALL 
Java_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)); 
}

该方法首先累加用于执行当前进程的核心和用户代码耗费的时间，除以处理器的数目，并把结果转换到毫秒。fileTimeToInt64()是一个辅助函数，用于把FILETIME结构的数据转换为64位的整数。s_currentProcess 和 s_numberOfProcessors是全局变量，当JVM装载本地库时即初始化。

static HANDLE s_currentProcess; 
static int s_numberOfProcessors; 
  
JNIEXPORT jint JNICALL 
JNI_OnLoad (JavaVM * vm, void * reserved) 
{ 
    SYSTEM_INFO systemInfo; 
         
    s_currentProcess = GetCurrentProcess (); 
  
    GetSystemInfo (& systemInfo); 
    s_numberOfProcessors = systemInfo.dwNumberOfProcessors; 
  
    return JNI_VERSION_1_2; 
}

注意，如果你在UNIX平台上实现getProcessCPUTime()，你应该以getrusage系统调用开始。

三、调用本地方法

回到Java中，在SystemInformation类中，装载本地库（silib.dll on Win32）最好通过静态初始化代码块完成。

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 
        } 
    }

注意，getProcessCPUTime()返回自JVM进程创建以来使用的CPU时间。就这个数据本身而言，对于这儿并没有太多的用处。还需要更有用的Java方法来记录不同的时刻的数据快照（data snapshots），并报告任何两个时间点之间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、一个简单的CPU监视程序

“CPU监视API”基本就完成了！最后，创建了一个singleton的线程类CPUUsageThread，它自动地每过一个时间间隔（默认是0.5秒）就拍下一个数据快照，并报告给所有的CPU使用事件的监听者（Observer模式）。

public void run () 
    { 
        while (! isInterrupted ()) 
        { 
           final SystemInformation.CPUUsageSnapshot snapshot = 
SystemInformation.makeCPUUsageSnapshot (); 
            notifyListeners (snapshot); 
             
            try 
            { 
                sleep (sleepTime); 
            } 
            catch (InterruptedException e) 
            { 
                return; 
            } 
        } 
    }

CPUmon类是一个示例的监听器，仅简单地把CPU的使用情况打印输出到System.out。

public static void main (String [] args) throws Exception 
    { 
        if (args.length == 0) 
       throw new IllegalArgumentException ("usage: CPUmon <app_main_class> 
<app_main_args...>"); 
         
        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}); 
    }

另外，为了能够在启动要监视的应用程序之前开始CPUUsageThread，CPUmon.main()包装了另一个Java主类。

作为演示，运行CPUmon和JDK1.3.1的SwingSet2示例程序（不要忘了把silib.dll安装到OS的PATH环境变量或者java.library.path系统属性所覆盖的路径下）：

>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%

(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%

(I used Windows NT Task Manager to adjust the CPU affinity for the

"java" process to use a single CPU)

...

当然，也可以通过任务管理器查看到CPU使用信息，这儿的要点是现在我们可以以编程方式记录该信息。对于长时间运行测试和服务器应用诊断程序，会派上用场。

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