为什么 System.nanoTime() 在迭代开始时不正确？答案

【问题标题】：Why is System.nanoTime() incorrect in the beginning of iterations?为什么 System.nanoTime() 在迭代开始时不正确？
【发布时间】：2015-02-17 13:41:54
【问题描述】：

我注意到 System.nanoTime() 的一个模式。每次我开始迭代时，nanoTime() 都会在几圈内变得非常不正确，直到它最终稳定下来。

例如，如果我运行以下代码：

public class TimeTest{
    public static void main(String[] args) {
        long prev = System.nanoTime();

        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            for(int j = 0; j < 1000000; j++);
            long time = System.nanoTime();
            System.out.println(time - prev);
            prev = time;
        }
    }
}

我得到以下结果：

为了消除 System.out.println(String) 弄乱结果的可能性，我还可以运行以下测试：

public class TimeTest{
    public static void main(String[] args) {
        long[] difs = new long[10];
        long prev = System.nanoTime();

        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            for(int j = 0; j < 1000000; j++);
            long time = System.nanoTime();
            difs[i] = (time - prev);
            prev = time;
        }

        for(long l : difs)
            System.out.println(l);
    }
}

结果如下：

初始延迟可以通过假设迭代的开始（在本例中为 for 循环）在循环开始之前需要一些额外的时间来初始化来解释。但是，由于据说第二圈也需要很长时间才能执行，因此我们可以相信它毕竟不是 for-loop。

所以我的问题很简单，当使用 System.nanoTime() 和迭代时，是什么导致了这种初始延迟？

注意：我也尝试了不同类型的迭代器，但问题仍然存在。

【问题讨论】：

不要责怪nanoTime()。时间是真实的。
您使用什么 Java 版本的 JDK 或 JRE 进行测试？对于所有循环，我得到几乎相同的结果。（JDK 1.7，Win 7 64 位）
JDK 8.0、JRE 1.7.0、OS X Mavericks 32 位

标签： java loops time

【解决方案1】：

在我看来就像JIT warm up time of the JVM

当 Java HotSpot 编译器在您的代码。因此，您的代码运行得更快是很常见的时间！所以，你应该调整你的测试方法。

HotSpot 编译器在后台编译，消耗 CPU 循环。所以当编译器忙的时候，你的程序暂时慢点。但是编译了一些热点之后，你的程序会突然跑得更快！

【讨论】：

在运行单线程客户端代码的多核处理器上，JIT 编译器不会从主线程中窃取任何时间。

【解决方案2】：

for(int i = 0; i < 10; i++) {
    for(int j = 0; j < 1000000; j++);
    long time = System.nanoTime();
    System.out.println(time - prev);
    prev = time;
}

我注意到您可能忽略的两个主要现象：

第一次调用println，可能正在进行一些初始化工作；
一旦代码被 JIT 编译，您的内部循环（超过 j）将被优化掉整个。

在稳定状态下，您每圈只剩下大约 30 微秒的时间，这大约是 println 完成工作所需的时间。

【讨论】：

【解决方案3】：

正如@BrianAgnew 已经提到的，它是由 JVM 的及时预热引起的。

您可以使用-XX:CompileThresold=1 来强制java 在第一次运行时编译所有内容来解决这个问题。它会减慢程序的启动速度，但System.nanotime() 可能会正常工作。

什么是即时编译？

JIT 编译是两种传统方法的组合翻译成机器代码——提前编译（AOT），以及解释 - 并结合了一些优点和缺点两者。[1]粗略地说，JIT 编译结合了编译代码的速度具有解释的灵活性，具有解释器和额外的编译开销（不仅仅是口译）。 JIT编译是动态编译的一种形式，允许自适应优化，例如动态重新编译——因此在原则 JIT 编译可以产生比静态更快的执行汇编。解释和 JIT 编译尤其重要适用于动态编程语言，因为运行时系统可以处理后期绑定的数据类型并执行安全保证。

【讨论】：

【解决方案4】：

这是由于 JIT，如果您为 main 停用它，那么措施是一致的。

java -XX:CompileCommand=exclude,TimeTest,main TimeTest

给我

CompilerOracle: exclude TimeTest.main
### Excluding compile: static TimeTest::main
8886537
9020980
8841953
8817411
8948350
8942021
8728320
8598453
8585024
8627902

请注意，这样做的影响是将计算速度减慢至少 100 倍！ JIT 是一种非常高效的技术...

【讨论】：