Java 監控系統進程的兩種方案：Runtime.exec 與 JNI 實戰

場景與需求

在同一台 Windows x86 機器上，啟動一個「監控 JVM」去監測另一個「被測 JVM」的記憶體與 CPU 使用率，以對比不同程式在同一虛擬機環境下的資源消耗差異。

方案一：Runtime.exec + 系統命令（輕量級）

利用 java.lang.Runtime.getRuntime().exec() 啟動被測程式並定期抓取進程資訊。

關鍵步驟

1. 啟動被測 JVM：

   String[] cmd = {"path/to/second/jre/bin/java", "-jar", "target-app.jar"};
   Process p = Runtime.getRuntime().exec(cmd);

2. 定期採樣進程資訊：

   // 將 tasklist 輸出導向檔案
   Runtime.getRuntime().exec("cmd /c tasklist > log.txt");

   解析 log.txt 獲取目標 PID 的 Memory Usage、CPU Time 等欄位。

優缺點

• ✅ 實現簡單，無需原生代碼編譯
• ✅ 跨平台潛力（換命令即可）
• ❌ 解析文本輸出脆弱，格式隨 OS 版本變化
• ❌ 採樣頻率受限於進程啟動開銷，難以做高頻監控

方案二：JNI 封裝原生 API（高性能）

編寫 C/C++ 動態庫，調用 Windows GetProcessTimes() 等 API，再經由 JNI 暴露給 Java。

架構圖示

核心流程

1. Java 端聲明 native long getProcessCPUTime();
2. 用 javah 生成 C Header
3. C 端實現：GetProcessTimes() 累加 kernel + user time，換算為毫秒
4. 編譯為 silib.dll，Java 端 System.loadLibrary("silib") 載入
5. 構建 CPUUsageSnapshot 類，兩次採樣相減計算佔用率

優缺點

• ✅ 精度高、開銷低、可做毫秒級採樣
• ✅ 可獲取純進程級 CPU 時間，不受其他進程干擾
• ❌ 需編譯平台專屬動態庫，部署較繁瑣
• ❌ JNI 呼叫本身有微小開銷，若被測程式也大量用 JNI 會相互影響

選型建議