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在Java應用程序中使用JNI來監視CPU詳解

編輯：JAVA編程入門知識

　　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、平台相關的命令，例如ps，然後在運行結果中解析出感愛好的PID。但是，這種方法並不理想。

　　好消息是，可以采用一個更為可靠的方案：跳出Java，寫幾行C代碼，然後通過JNI進行整合。下面我將向你展示編寫一個Win32平台的簡單的JNI庫是多麼簡單。

　　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，並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，所以這兒就不介紹JNI的基礎了。僅介紹實現步驟。

　　一、在Java中聲明JNI方法

　　開始，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 JNICALL

　　Java_com_vladium_utils_SystemInformation_getProcessCPUTime (JNIEnv * env, jclass cls)

　　二、本地方法實現

　　在大多數的Win32平台上，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 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)); 
}

　　該方法首先累加用於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，並把結果轉換到毫秒。fileTimeToInt64()是一個輔助函數，用於把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 JNICALL 
JNI_OnLoad (JavaVM * vm, void * reserved) 
{ 
    SYSTEM_INFO systemInfo; 
         
    s_currentProcess = GetCurrentProcess (); 
  
    GetSystemInfo (& systemInfo); 
    s_numberOfProcessors = systemInfo.dwNumberOfProcessors; 
  
    return JNI_VERSION_1_2; 
}

　　注重，假如你在UNIX平台上實現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，對於這兒並沒有太多的用處。還需要更有用的Java方法來記錄不同的時刻的數據快照（data snapshots），並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！最後，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，並報告給所有的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。

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，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，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)demojfcSwingSet2SwingSet2.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)

　　...