如何在Java中以微秒精度测量时间？

Question

我在互联网上看到应该使用System.nanoTime()，但它对我来说不起作用-它只给出毫秒精度的时间。 我只需要在我的函数执行之前和之后知道微秒的时间，以便我知道需要多长时间。 我正在使用Windows XP。

基本上，我有这段代码，例如在Java链表中进行100万到1000万个插入。 问题是我无法正确测量精度; 有时在较小的列表中插入所有内容所需的时间更短。

以下是示例：

class test
{
    public static void main(String args[])
    {
        for(int k=1000000; k<=10000000; k+=1000000)
        {
            System.out.println(k);
            LinkedList<Integer> aux = new LinkedList<Integer>();
            //need something here to see the start time
            for(int i=0; i<k; i++)
                aux.addFirst(10000);
            //need something here to see the end time
            //print here the difference between both times
        }
    }
}

我已经多次这样做了 - 外部循环执行了20次每次为k做一次操作，但结果并不好。有时候进行1000万次插入比1百万次还要快，因为我现在使用的不是正确的测量时间方法（System.nanoTime()）。

编辑2：是的，我正在使用Sun JVM。

编辑3：我可能在代码中做错了什么，我会看看更改是否能实现我想要的效果。

编辑4：我的错误，似乎System.nanoTime()可以工作。太好了。

- jao

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Java的哪个版本？在我的XP机器上，使用JDK1.6.0_06，nanoTime()函数精度可以达到小数点后的最后一位。我猜测你的版本返回的值总是以三个零结尾。 - basszero

Sun JVM 不够，需要哪个版本？（你的答案是正确的，我没有问清楚问题。我假设每个人都使用 Sun JVM） - basszero

在cmd中输入Java -version，输出如下：java version "1.7.0-ea"还有另外两行。无论如何，这是我的代码错误。很抱歉，即使搜索了一段时间也找不到错误。 - jao

需要微秒级精度的基准测试不会非常准确。如果网络上的另一台机器恰好向您的计算机发送 ping，或者您移动鼠标等，微秒级时间测量就会受到最轻微的 CPU 负载干扰而产生噪音。 - Kip

这并不回答你的具体问题，但使用这个可能会使它变得不必要：http://code.google.com/p/caliper/ - TJR

Answer 1

我的猜测是，由于 System.nanoTime() 使用的是“最精确的系统计时器”，而你的系统上显然只有毫秒级别的精度，因此你无法获得更高精度的时间。

- Zach Scrivena

Answer 2

我不清楚您具体测试的是什么，但总的来说，任何测试时间如此之短，以至于低于50毫秒的精度变化是相关的，都会非常容易受到其他干扰。

通常我会尝试让基准测试运行至少10秒钟。我目前正在编写的框架将猜测要运行多少次迭代，以便它将花费30秒钟的时间。这意味着，即使有些其他过程占用了CPU的几毫秒，您也不会得到完全不同的结果。

长时间运行几乎总是比尝试使用更精细的精度进行测量更好。

- Jon Skeet

Answer 3

使用java.time

顺便提一下，Java 9及更高版本有一个全新的Clock实现，可以以纳秒分辨率捕获当前时刻。

Instant类表示时间线上的一个时刻，在UTC时区中具有纳秒（最多九（9）位小数）的分辨率。

调用Instant.now来捕获当前时刻。

• 在Java 9及以上版本中，您可以获得当前时刻高达纳秒的分辨率。
• 在Java 8中，当前时刻仅捕获毫秒的分辨率（您确实可以使用纳秒来保存值，但只能在毫秒级别上捕获当前时刻）。

代码：

Instant instant = Instant.now() ;

使用Duration类来表示与时间线无关的一段时间。该类以秒和纳秒为单位保存时间量。

Duration d = Duration.between( instantThen , Instant.now() );

为了明确，问题中要求的微秒分辨率位于毫秒和纳秒之间。小数部分的位数：毫秒为3（0.123），微秒为6（0.123456），纳秒为9（0.123456789）。

注意

Java依赖于计算机的硬件时钟。正如其他人所警告的那样，这种硬件几乎肯定会以比纳秒更低的精度和分辨率捕获时间。

以如此精细的粒度进行基准测试充满问题，通常不建议这样做。

并且要谨防过早的优化。

有一个提案，将微基准测试功能添加到JEP 230: 微基准套件中。基于Java Microbenchmark Harness (JMH)。

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关于java.time

java.time 框架内置于Java 8及更高版本中。这些类取代了老旧的传统日期时间类，例如java.util.Date、Calendar和SimpleDateFormat。

Joda-Time项目现在处于维护模式，建议迁移到java.time类。

要了解更多，请参见Oracle教程。并在Stack Overflow上搜索许多示例和解释。规范是JSR 310。

在哪里获取java.time类？

• Java SE 8和SE 9及更高版本。
• 内置。
• 作为标准Java API的一部分，带有内置实现。
• Java 9添加了一些较小的功能和修复。
• Java SE 6和SE 7
• 大部分java.time功能被倒移至ThreeTen-Backport中，适用于Java 6和7。
• Android
• ThreeTenABP项目专门为Android改编了ThreeTen-Backport（如上所述）。
• 请参阅如何使用ThreeTenABP…。

该ThreeTen-Extra项目扩展了java.time的额外类。该项目是java.time可能未来添加的试验场。您可能会在此处找到一些有用的类，例如Interval, YearWeek, YearQuarter和更多。

- Basil Bourque

Answer 4

System.nanoTime()使用CPU中的计数器，通常在Windows XP和Linux上精度约为1微秒。

注意：对于多CPU机器，Windows XP通常不太准确，因为它没有补偿不同CPU具有不同计数器。Linux有。

注意2：相对于System.currentTimeMillis()，它会漂移，因为它基于您的CPU时钟的准确性（长时间内不需要那么准确），而不是用于获取时间的时钟。（每天漂移较少，但粒度较低）

在基准测试中，您基本上正在测试创建新对象的速度。毫不奇怪，您的结果将根据GC设置以及最近进行GC的时间而大幅变化。

尝试使用以下选项运行测试，您应该会看到非常不同的结果。

-verbosegc -XX:NewSize=128m -mx256m

- Peter Lawrey

Answer 5

很奇怪，System.nanoTime()应该是有效的。你正在使用Sun JVM吗？

你可以重复你的操作1000次，然后将时间除以1000来找出你需要知道的内容。

- sjbotha

Answer 6

你需要重复进行成千上万次的测试。有很多事情会影响你的测量结果，例如垃圾回收、I/O、交换进/出以及就绪队列线程的大小等。

- Tiago

Answer 7

如果您想要可靠的结果，使用性能分析工具。我建议使用易于安装且自JDK 1.6.0_07版本开始捆绑的VisualVM。

它是一款易于使用的可视化工具，可以集成几个命令行JDK工具和轻量级性能分析功能。

- marcospereira

Answer 8

可能底层操作系统不支持纳秒级别的计时器。

还有一篇旧文章。

- starblue

Answer 9

是的，System.nanoTime的准确性和精度通常比System.currentTimeMillis好得多，但没有保证：在最坏的情况下，它可能会变得一样糟糕。

ThreadMXBean.getCurrentThreadCpuTime倾向于产生较小的时间，但其分辨率不明确，并且具有进一步的缺点（您真的想要CPU时间吗？平台相关语义，在您的平台上受支持？）。

使用所有三种技术来测量时间也有一些成本，即需要时间本身，这可能会扭曲测量结果。成本高度依赖于平台，但通常成本（System.currentTimeMillis）<<成本（System.nanoTime）<<成本（ThreadMXBean.getCurrentThreadCpuTime）。

关于微基准测试，请参见

• 如何编写正确的Java微基准测试？
• 如何使用Java创建快速/可靠的基准测试？

- DaveFar

Answer 10

我最终采用的是一种“快速而简单”的解决方案：

TimeUnit.NANOSECONDS.toMicros(System.nanoTime());

更新：

起初我使用了 System.nanoTime，但后来发现它只能用于经过的时间，最终我改变了代码，使用毫秒或在某些地方使用：

TimeUnit.MILLISECONDS.toMicros(System.currentTimeMillis());

但这只会在值的末尾添加零（micros = millis * 1000）

我将这个答案留在这里作为一个“警示”，以防其他人想到nanoTime :)

- keisar