BTrace를 이용한 성능 병목 현상 해결하기

자바 응용 프로그램의 동적 추적 및 디버깅을 위한 오픈 소스 프로그램으로 BTrace라는 게 있는데,

이 도구는 런타임에 자바 애플리케이션의 상태를 모니터링하고 분석하여 문제를 해결하거나 성능을 최적화하는 데 사용됩니다.

BTrace를 사용하면 코드 수정 없이도 자바 애플리케이션의 메서드 호출, 객체 생성, 예외 발생 등의 이벤트를 추적하고 이벤트가 발생할 때 사용자가 정의한 스크립트를 실행할 수 있는 장점이 있습니다.

이번 글에서는 이 유용한 BTrace를 이용하여 병목현상이 발생하는 프로그램을 추적하여 해결하는 방법을 차근차근 따라가 보겠습니다.

BTrace 를 이용한 성능 병목 현상 해결

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본론

BTrace는 실시간으로 메서드 호출, 필드 값, 루프 반복 횟수 등 다양한 정보를 추적하고 분석할 수 있습니다.

아래 코드를 예시로 성능을 개선하는 절차를 진행해 보겠습니다.

 

1. 예시 코드

public class Example_01 {
    
    public static void main(String[] args) {
         //피보나치
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            fibonacci(i);
        }
    }

    public static int fibonacci(int n) {
        if (n <= 1) {
            return n; //...
        } else {
            return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
        }
    }
}

위 예시코드는 fibonacci() 함수를 사용하여 100만 번째 피보나치 수를 계산하는 코드입니다.

 

2. BTrace 스크립트

다음은 Example 클래스의 fibonacci() 함수 호출과 main()함수 실행을 추적하여 실행 시간을 측정하는 스크립트를 아래와 같이 작성합니다.

 

class Fibonacci {
    @OnMethod(
        clazz="Example",
        method="fibonacci"
    )
    public static void onFibonacci(int n) {
        println("fibonacci(" + n + ") called");
    }

    @OnMethod(
        clazz="Example",
        method="main"
    )
    public static void onMain(String[] args) {
        long startTime = System.nanoTime();
        Example.main(args);
        long endTime = System.nanoTime();
        println("Total execution time: " + (endTime - startTime) + " nanoseconds");
    }
}

3. BTrace 스크립트 실행

btrace 명령어를 사용하여 BTrace 스크립트

btrace -cp . Example.java Fibonacci.bt

위 명령을 실행하면 BTrace 스크립트가 실행되고 다음과 같은 결과가 출력됩니다.

fibonacci(0) called
fibonacci(1) called
fibonacci(2) called
...
fibonacci(999998) called
fibonacci(999999) called
Total execution time: 1234567890 nanoseconds

 

4. 분석 및 개선

위 결과를 통해 fibonacci() 함수가 전체 실행 시간의 대부분임을 알 수 있습니다.

따라서 fibonacci() 함수의 성능을 개선하면 전체 애플리케이션의 성능을 개선할 수 있습니다.

fibonacci() 함수의 성능을 개선하기 위한 방법으로는 다음 3가지 방법이 있습니다.

 

[메모이제이션] 이미 계산된 피보나치 수를 저장하여 재사용합니다.

[루프 횟수 줄이기] fibonacci() 함수를 재귀적으로 호출하는 대신 반복적으로 호출합니다.

[병렬 처리] 여러 스레드를 사용하여 fibonacci() 함수를 병렬적으로 실행합니다.

 

아래는 메모이제이션 방법으로 개선된한 피보나치 함수의 예시 코드입니다.

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class MemoizationExample {
   //메모이제이션
   private static Map<Integer, Integer> memo = new HashMap<>();

  public static void main(String[] args) {
     for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        fibonacci(i);
     }
    }
   //피보나치
   public static int fibonacci(int n) {
     if (n <= 1) {
       return n; //?
     } else {
       if (memo.containsKey(n)) {
          return memo.get(n);
       } else {
     int result = fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
     memo.put(n, result);  //?
     return result;
     }
   }
}
}

 이 코드에서는 memo라는 맵을 사용하여 이전에 계산한 값을 저장하고, 이미 계산한 값이 있는 경우에는 해당 값을 반환하도록 코딩되었으며, 이를 통해 중복 계산을 피하고 성능을 향상시킬 수 있습니다.

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결론

이번 시간에는 자바 응용 프로그램의 동적 추적과 디버깅을 위한 오픈 소스 프로그램인 BTrace를 활용하여 성능 병목현상을 추적하여 개선하는 절차와 방법을 예시를 들어 살펴보았습니다.

다음에도 유용한 정보로 다시 찾아뵙겠습니다.