在 Java 中，一个简单的操作在纳秒内需要多长时间？答案

【问题标题】：How long does a simple operation take in Java in nano seconds?在 Java 中，一个简单的操作在纳秒内需要多长时间？
【发布时间】：2014-09-15 21:24:17
【问题描述】：

我正在学习算法和算法分析课程。我想知道一个简单的操作+,-,/,*可以在我的电脑上执行多少操作。所以我写了一个简单的秒表如下：

public class NanosecondsStopWatch implements StopWatch {

    private PrintStream stream;

    public NanosecondsStopWatch(PrintStream stream) {
        this.stream = stream;
    }

    @Override
    public void timeAndPrint(Action action) {

        long start = System.nanoTime();

        action.doAction();

        long end = System.nanoTime();

        stream.println(end-start);
    }

}


public class TestingOperationsTime {

    public static void main(String[] strings) {

        StopWatch watch = new NanosecondsStopWatch(System.out);

        watch.timeAndPrint(new Action() {
            @Override
            public void doAction() {
                int i= 2*2;
            }
        });

        watch.timeAndPrint(new Action() {
            @Override
            public void doAction() {
                int i= 2/2;
            }
        });

        watch.timeAndPrint(new Action() {
            @Override
            public void doAction() {
                int i= 2-2;
            }
        });

        watch.timeAndPrint(new Action() {
            @Override
            public void doAction() {
                int i= 2+2;
            }
        });

    }
}

结果如下

但是，如果我改变操作的顺序，这样说：

public class TestingOperationsTime {

    public static void main(String[] strings) {

        StopWatch watch = new NanosecondsStopWatch(System.out);

        watch.timeAndPrint(new Action() {
            @Override
            public void doAction() {
                int i= 2-2;
            }
        });

        watch.timeAndPrint(new Action() {
            @Override
            public void doAction() {
                int i= 2*2;
            }
        });

        watch.timeAndPrint(new Action() {
            @Override
            public void doAction() {
                int i= 2/2;
            }
        });

        watch.timeAndPrint(new Action() {
            @Override
            public void doAction() {
                int i= 2+2;
            }
        });

    }
}

结果还是差不多：

你如何解释这种行为？

操作系统：Ubuntu 14.04
Java：1.7.0_65
OpenJDK 运行时环境 (IcedTea 2.5.1) (7u65-2.5.1-4ubuntu1~0.14.04.2)
OpenJDK 64 位服务器 VM（内部版本 24.65-b04，混合模式）
javac 1.7.0_67

【问题讨论】：

因为它们是常量表达式，所以2*2、2/2、2-2 和2+2 在编译时进行评估。您的时间不反映计算时间。
Is there a stopwatch in java 的可能重复项
如果您想知道某件事需要多长时间，请多次执行该操作，然后计算平均值。
如果执行多次，结果会小于1ns。

标签： java

【解决方案1】：

有许多因素会影响您的代码使用的系统时间量。例如，如果计算机在您的代码运行时执行context switch，则您获得的时间包括运行另一个程序所花费的时间。

为了缓解这种情况，您可以多次运行计时器，例如数千或数百万次，然后取平均值。

另外，正如@rgettman 指出的那样，编译器很可能会优化这些计算，因为它们是在常量值上执行的。这意味着您只计算调用方法和打印输出的开销，而不是执行计算的时间。

【讨论】：

【解决方案2】：

总会存在差异，因为您的计算机上正在运行其他进程，并且根据操作系统，某些进程将优先于其他进程。您无法真正准确地预测单个操作需要多少毫秒。它还取决于计算机中 CPU 的速度。

【讨论】：

【解决方案3】：

编译器在编译时计算常量表达式，你应该让它成为一个接收参数的方法。

其次，对手表的系统调用需要超过几纳秒，所以这个检查永远不会是精确的，你实际上得到的是java需要多少时间来获取时间。

【讨论】：

【解决方案4】：

这不是一件简单的事情。简而言之，Java 不是衡量事物的正确语言。

Java 是一种即时编译语言。这意味着您编写的代码在“虚拟机”中运行，它可能被完全解释、完全编译或部分编译。这就是为什么，一般来说，第一次运行总是比较慢：它总是被解释。只有稍后，VM 才能决定编译它并将编译后的代码与解释过的过程交换。

此外，从 JVM 调用系统过程会产生很大的开销，这会以某种方式改变您的测量结果。所以是的，如果您首先进行“热身”循环，则可以进行测量，以使 VM 了解必须编译给定方法，然后丢弃第一个结果。但结果并不能准确衡量 CPU 的性能。为此，您应该使用 C 或汇编程序，即使在这种情况下，您也必须处理上下文切换和操作系统管理，这会改变您的结果。

PS：是的，我没有提到它，因为已经有 4 个其他答案，但是 Java 编译器并不是那么愚蠢，它会在编译时评估常量操作。 i=2*2 被编译为 i=4，所以你测量的不是乘法时间，而是赋值时间。

【讨论】：

“Java 不是衡量事物的正确语言。”如果您想知道 Java 需要多长时间，唯一的语言是 Java。然而，微基准测试很难得到正确，在使用即时编译器的运行时更难。

【解决方案5】：

2个主要问题（1）你正在调用一个函数，它消耗了大量的资源。 (2) 你只执行一次。如果您直接运行该语句，或者多次运行它，您会发现执行时间非常短。下面的结果是time=0ns

public class PerfTest {
public static void main(String[] args) {
    long t1 = System.nanoTime();
    int i = 2 * 2;
    long t2 = System.nanoTime();
    System.out.printf("time=%dns", t2 -t1);
}

}

【讨论】：