Java統(tǒng)計(jì)代碼的執(zhí)行時(shí)間的常見方法總結(jié)
在日常開發(fā)中經(jīng)常需要測(cè)試一些代碼的執(zhí)行時(shí)間，但又不想使用向 JMH（Java Microbenchmark Harness，Java 微基準(zhǔn)測(cè)試套件）這么重的測(cè)試框架，所以本文就匯總了一些 Java 中比較常用的執(zhí)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)方法，總共包含以下 6 種，如下圖所示：
方法一：System.currentTimeMillis
此方法為 Java 內(nèi)置的方法，使用 System#currentTimeMillis 來統(tǒng)計(jì)執(zhí)行的時(shí)間（統(tǒng)計(jì)單位：毫秒），示例代碼如下：
public class TimeIntervalTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 開始時(shí)間
long stime = System.currentTimeMillis();
// 執(zhí)行時(shí)間（1s）
Thread.sleep(1000);
// 結(jié)束時(shí)間
long etime = System.currentTimeMillis();
// 計(jì)算執(zhí)行時(shí)間
System.out.printf("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：%d 毫秒.", (etime - stime));
}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：
執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：1000 毫秒.
方法二：System.nanoTime
此方法為 Java 內(nèi)置的方法，使用 System#nanoTime 來統(tǒng)計(jì)執(zhí)行時(shí)間（統(tǒng)計(jì)單位：納秒），它的執(zhí)行方法和 System#currentTimeMillis 類似，示例代碼如下：
public class TimeIntervalTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 開始時(shí)間
long stime = System.nanoTime();
// 執(zhí)行時(shí)間（1s）
Thread.sleep(1000);
// 結(jié)束時(shí)間
long etime = System.nanoTime();
// 計(jì)算執(zhí)行時(shí)間
System.out.printf("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：%d 納秒.", (etime - stime));
}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：
執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：1000769200 納秒.
小貼士：1 毫秒 = 100 萬納秒。
方法三：new Date
此方法也是 Java 的內(nèi)置方法，在開始執(zhí)行前 new Date() 創(chuàng)建一個(gè)當(dāng)前時(shí)間對(duì)象，在執(zhí)行結(jié)束之后 new Date() 一個(gè)當(dāng)前執(zhí)行時(shí)間，然后再統(tǒng)計(jì)兩個(gè) Date 的時(shí)間間隔，示例代碼如下：
import java.util.Date;
public class TimeIntervalTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 開始時(shí)間
Date sdate = new Date();
// 執(zhí)行時(shí)間（1s）
Thread.sleep(1000);
// 結(jié)束時(shí)間
Date edate = new Date();
// 統(tǒng)計(jì)執(zhí)行時(shí)間（毫秒）
System.out.printf("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：%d 毫秒." , (edate.getTime() - sdate.getTime()));
}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：
執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：1000 毫秒.
方法四：Spring StopWatch
如果我們使用的是 Spring 或 Spring Boot 項(xiàng)目，可以在項(xiàng)目中直接使用 StopWatch 對(duì)象來統(tǒng)計(jì)代碼執(zhí)行時(shí)間，示例代碼如下：
StopWatch stopWatch = new StopWatch();
// 開始時(shí)間
stopWatch.start();
// 執(zhí)行時(shí)間（1s）
Thread.sleep(1000);
// 結(jié)束時(shí)間
stopWatch.stop();
// 統(tǒng)計(jì)執(zhí)行時(shí)間（秒）
System.out.printf("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：%d 秒.%n", stopWatch.getTotalTimeSeconds()); // %n 為換行
// 統(tǒng)計(jì)執(zhí)行時(shí)間（毫秒）
System.out.printf("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：%d 毫秒.%n", stopWatch.getTotalTimeMillis());
// 統(tǒng)計(jì)執(zhí)行時(shí)間（納秒）
System.out.printf("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：%d 納秒.%n", stopWatch.getTotalTimeNanos());
以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：
執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：0.9996313 秒. 執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：999 毫秒. 執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：999631300 納秒.
小貼士：Thread#sleep 方法的執(zhí)行時(shí)間稍有偏差，在 1s 左右都是正常的。
方法五：commons-lang3 StopWatch
如果我們使用的是普通項(xiàng)目，那我們可以用 Apache commons-lang3 中的 StopWatch 對(duì)象來實(shí)現(xiàn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)，首先先添加 commons-lang3 的依賴：
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.commons/commons-lang3 --> <dependency> <groupId>org.apache.commons</groupId> <artifactId>commons-lang3</artifactId> <version>3.10</version> </dependency>
然后編寫時(shí)間統(tǒng)計(jì)代碼：
import org.apache.commons.lang3.time.StopWatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TimeIntervalTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
StopWatch stopWatch = new StopWatch();
// 開始時(shí)間
stopWatch.start();
// 執(zhí)行時(shí)間（1s）
Thread.sleep(1000);
// 結(jié)束時(shí)間
stopWatch.stop();
// 統(tǒng)計(jì)執(zhí)行時(shí)間（秒）
System.out.println("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：" + stopWatch.getTime(TimeUnit.SECONDS) + " 秒.");
// 統(tǒng)計(jì)執(zhí)行時(shí)間（毫秒）
System.out.println("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：" + stopWatch.getTime(TimeUnit.MILLISECONDS) + " 毫秒.");
// 統(tǒng)計(jì)執(zhí)行時(shí)間（納秒）
System.out.println("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：" + stopWatch.getTime(TimeUnit.NANOSECONDS) + " 納秒.");
}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：
執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：1 秒. 執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：1000 毫秒.
執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：1000555100 納秒.
方法六：Guava Stopwatch
除了 Apache 的 commons-lang3 外，還有一個(gè)常用的 Java 工具包，那就是 Google 的 Guava，Guava 中也包含了 Stopwatch 統(tǒng)計(jì)類。首先先添加 Guava 的依賴：
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.google.guava/guava --> <dependency> <groupId>com.google.guava</groupId> <artifactId>guava</artifactId> <version>29.0-jre</version> </dependency>
然后編寫時(shí)間統(tǒng)計(jì)代碼：
import com.google.common.base.Stopwatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TimeIntervalTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 創(chuàng)建并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
// 執(zhí)行時(shí)間（1s）
Thread.sleep(1000);
// 停止計(jì)時(shí)器
stopwatch.stop();
// 執(zhí)行時(shí)間（單位：秒）
System.out.printf("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：%d 秒. %n", stopwatch.elapsed().getSeconds()); // %n 為換行
// 執(zhí)行時(shí)間（單位：毫秒）
System.out.printf("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：%d 豪秒.", stopwatch.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));
}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：
執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：1 秒.
執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：1000 豪秒.
原理分析
本文我們從 Spring 和 Google 的 Guava 源碼來分析一下，它們的 StopWatch 對(duì)象底層是如何實(shí)現(xiàn)的？
1.Spring StopWatch 原理分析
在 Spring 中 StopWatch 的核心源碼如下：
package org.springframework.util;
import java.text.NumberFormat;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import org.springframework.lang.Nullable;
public class StopWatch {
private final String id;
private boolean keepTaskList;
private final List<StopWatch.TaskInfo> taskList;
private long startTimeNanos;
@Nullable
private String currentTaskName;
@Nullable
private StopWatch.TaskInfo lastTaskInfo;
private int taskCount;
private long totalTimeNanos;
public StopWatch() {
this("");
}
public StopWatch(String id) {
this.keepTaskList = true;
this.taskList = new LinkedList();
this.id = id;
}
public String getId() {
return this.id;
}
public void setKeepTaskList(boolean keepTaskList) {
this.keepTaskList = keepTaskList;
}
public void start() throws IllegalStateException {
this.start("");
}
public void start(String taskName) throws IllegalStateException {
if (this.currentTaskName != null) {
throw new IllegalStateException("Can't start StopWatch: it's already running");
} else {
this.currentTaskName = taskName;
this.startTimeNanos = System.nanoTime();
}
}
public void stop() throws IllegalStateException {
if (this.currentTaskName == null) {
throw new IllegalStateException("Can't stop StopWatch: it's not running");
} else {
long lastTime = System.nanoTime() - this.startTimeNanos;
this.totalTimeNanos += lastTime;
this.lastTaskInfo = new StopWatch.TaskInfo(this.currentTaskName, lastTime);
if (this.keepTaskList) {
this.taskList.add(this.lastTaskInfo);
}
++this.taskCount;
this.currentTaskName = null;
}
}
// .... 忽略其他代碼
}
從上述 start() 和 stop() 的源碼中可以看出，Spring 實(shí)現(xiàn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)的本質(zhì)還是使用了 Java 的內(nèi)置方法 System.nanoTime() 來實(shí)現(xiàn)的。
2.Google Stopwatch 原理分析
Google Stopwatch 實(shí)現(xiàn)的核心源碼如下：
public final class Stopwatch {
private final Ticker ticker;
private boolean isRunning;
private long elapsedNanos;
private long startTick;
@CanIgnoreReturnValue
public Stopwatch start() {
Preconditions.checkState(!this.isRunning, "This stopwatch is already running.");
this.isRunning = true;
this.startTick = this.ticker.read();
return this;
}
@CanIgnoreReturnValue
public Stopwatch stop() {
long tick = this.ticker.read();
Preconditions.checkState(this.isRunning, "This stopwatch is already stopped.");
this.isRunning = false;
this.elapsedNanos += tick - this.startTick;
return this;
}
// 忽略其他源碼...
}
從上述源碼中可以看出 Stopwatch 對(duì)象中調(diào)用了 ticker 類來實(shí)現(xiàn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)的，那接下來我們進(jìn)入 ticker 類的實(shí)現(xiàn)源碼：
public abstract class Ticker {
private static final Ticker SYSTEM_TICKER = new Ticker() {
public long read() {
return Platform.systemNanoTime();
}
};
protected Ticker() {
}
public abstract long read();
public static Ticker systemTicker() {
return SYSTEM_TICKER;
}
}
final class Platform {
private static final Logger logger = Logger.getLogger(Platform.class.getName());
private static final PatternCompiler patternCompiler = loadPatternCompiler();
private Platform() {
}
static long systemNanoTime() {
return System.nanoTime();
}
// 忽略其他源碼...
}
從上述源碼可以看出 Google Stopwatch 實(shí)現(xiàn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)的本質(zhì)還是調(diào)用了 Java 內(nèi)置的 System.nanoTime() 來實(shí)現(xiàn)的。
結(jié)論
對(duì)于所有框架的 StopWatch 來說，其底層都是通過調(diào)用 Java 內(nèi)置的 System.nanoTime() 得到兩個(gè)時(shí)間，開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，然后再通過結(jié)束時(shí)間減去開始時(shí)間來統(tǒng)計(jì)執(zhí)行時(shí)間的。
總結(jié)
本文介紹了 6 種實(shí)現(xiàn)代碼統(tǒng)計(jì)的方法，其中 3 種是 Java 內(nèi)置的方法：
- System.currentTimeMillis()
- System.nanoTime()
- new Date()
還介紹了 3 種常用框架 spring、commons-langs3、guava 的時(shí)間統(tǒng)計(jì)器 StopWatch。
在沒有用到 spring、commons-langs3、guava 任意一種框架的情況下，推薦使用 System.currentTimeMillis() 或 System.nanoTime() 來實(shí)現(xiàn)代碼統(tǒng)計(jì)，否則建議直接使用 StopWatch 對(duì)象來統(tǒng)計(jì)執(zhí)行時(shí)間。
知識(shí)擴(kuò)展—Stopwatch 讓統(tǒng)計(jì)更方便
StopWatch 存在的意義是讓代碼統(tǒng)計(jì)更簡(jiǎn)單，比如 Guava 中 StopWatch 使用示例如下：
import com.google.common.base.Stopwatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TimeIntervalTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 創(chuàng)建并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器
Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
// 執(zhí)行時(shí)間（1s）
Thread.sleep(1000);
// 停止計(jì)時(shí)器
stopwatch.stop();
// 執(zhí)行統(tǒng)計(jì)
System.out.printf("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：%d 毫秒. %n",
stopwatch.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));
// 清空計(jì)時(shí)器
stopwatch.reset();
// 再次啟動(dòng)統(tǒng)計(jì)
stopwatch.start();
// 執(zhí)行時(shí)間（2s）
Thread.sleep(2000);
// 停止計(jì)時(shí)器
stopwatch.stop();
// 執(zhí)行統(tǒng)計(jì)
System.out.printf("執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：%d 秒. %n",
stopwatch.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));
}
}
我們可以使用一個(gè) Stopwatch 對(duì)象統(tǒng)計(jì)多段代碼的執(zhí)行時(shí)間，也可以通過指定時(shí)間類型直接統(tǒng)計(jì)出對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，比如我們可以指定時(shí)間的統(tǒng)計(jì)單位，如秒、毫秒、納秒等類型。
方法補(bǔ)充
在 Java 中統(tǒng)計(jì)代碼執(zhí)行時(shí)間有多種方法，從簡(jiǎn)單的基礎(chǔ) API 到功能豐富的工具類，各有適用場(chǎng)景。下面介紹幾種最常用的方式，并給出示例代碼和注意事項(xiàng)。
使用 System.currentTimeMillis()（毫秒級(jí)）
最簡(jiǎn)單、最直接的方法，返回當(dāng)前時(shí)間與 1970-01-01 UTC 的毫秒差值。
long start = System.currentTimeMillis();
// 待測(cè)代碼
Thread.sleep(100);
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("執(zhí)行耗時(shí)：" + (end - start) + " ms");優(yōu)點(diǎn)：
- 簡(jiǎn)單易用，無需額外依賴。
- 適合粗略測(cè)量（毫秒級(jí)精度）。
缺點(diǎn)：
- 受系統(tǒng)時(shí)間調(diào)整影響（如手動(dòng)修改系統(tǒng)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤）。
- 精度有限（毫秒級(jí)，無法測(cè)量極短時(shí)間）。
使用 System.nanoTime()（納秒級(jí)，推薦）
返回正在運(yùn)行的 Java 虛擬機(jī)的高精度時(shí)間源，不受系統(tǒng)時(shí)間調(diào)整影響，適合測(cè)量短時(shí)間間隔。
long start = System.nanoTime();
// 待測(cè)代碼
Thread.sleep(100);
long end = System.nanoTime();
System.out.println("執(zhí)行耗時(shí)：" + (end - start) / 1_000_000.0 + " ms");優(yōu)點(diǎn)：
- 高精度（通常可達(dá)納秒級(jí)）。
- 不受系統(tǒng)時(shí)鐘修改影響，是測(cè)量代碼執(zhí)行時(shí)間的首選。
缺點(diǎn)：不能用于計(jì)算絕對(duì)時(shí)間（只適合測(cè)量時(shí)間差）。
使用 Instant 與 Duration（Java 8+，更可讀）
使用 java.time.Instant 記錄時(shí)間點(diǎn)，java.time.Duration 計(jì)算差值。
import java.time.Duration;
import java.time.Instant;
Instant start = Instant.now();
// 待測(cè)代碼
Thread.sleep(100);
Instant end = Instant.now();
Duration duration = Duration.between(start, end);
System.out.println("執(zhí)行耗時(shí)：" + duration.toMillis() + " ms");優(yōu)點(diǎn)：
- 代碼語義清晰，可讀性好。
Duration提供豐富的單位轉(zhuǎn)換（納秒、毫秒、秒等）。
缺點(diǎn)：底層依賴系統(tǒng)時(shí)鐘，與 System.currentTimeMillis() 類似，受系統(tǒng)時(shí)間調(diào)整影響。
使用 Spring 的 StopWatch（方便管理多個(gè)任務(wù)）
若項(xiàng)目中已使用 Spring，可以利用 org.springframework.util.StopWatch，支持多任務(wù)計(jì)時(shí)、漂亮輸出。
import org.springframework.util.StopWatch;
StopWatch stopWatch = new StopWatch();
stopWatch.start("task1");
// 任務(wù)1代碼
Thread.sleep(100);
stopWatch.stop();
stopWatch.start("task2");
// 任務(wù)2代碼
Thread.sleep(50);
stopWatch.stop();
System.out.println(stopWatch.prettyPrint());輸出示例：
StopWatch '': running time = 150 ms
---------------------------------------------
ms % Task name
---------------------------------------------
00100 067% task1
00050 033% task2
優(yōu)點(diǎn)：
- 支持多個(gè)任務(wù)、任務(wù)名、分階段統(tǒng)計(jì)。
- 輸出格式美觀，適合性能分析。
缺點(diǎn)：需要引入 Spring 框架（或單獨(dú)使用 spring-core）。
使用 Apache Commons Lang 的 StopWatch
不依賴 Spring 時(shí)可使用 Apache Commons Lang 3 的 StopWatch。
import org.apache.commons.lang3.time.StopWatch;
StopWatch watch = new StopWatch();
watch.start();
// 待測(cè)代碼
Thread.sleep(100);
watch.stop();
System.out.println("耗時(shí)：" + watch.getTime() + " ms");優(yōu)點(diǎn)：
- 輕量級(jí)，僅依賴
commons-lang3。 - 支持
split()、suspend()等更細(xì)粒度的控制。
缺點(diǎn)：需要額外引入依賴。
JMH（Java Microbenchmark Harness）—— 專業(yè)的基準(zhǔn)測(cè)試工具
當(dāng)需要精準(zhǔn)、可靠地測(cè)量微秒級(jí)性能、避免 JVM 優(yōu)化干擾時(shí)，應(yīng)使用 JMH。例如測(cè)試某個(gè)算法的吞吐量。
import org.openjdk.jmh.annotations.*;
@State(Scope.Thread)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
public class MyBenchmark {
@Benchmark
public void testMethod() {
// 待測(cè)代碼
}
}運(yùn)行方式：
mvn clean install java -jar target/benchmarks.jar
優(yōu)點(diǎn)：
- 自動(dòng)處理 JVM 預(yù)熱、死代碼消除、黑盒優(yōu)化等問題。
- 提供多種測(cè)量模式（吞吐量、平均時(shí)間、采樣時(shí)間等）。
- 結(jié)果統(tǒng)計(jì)信息全面（均值、誤差、百分位數(shù)等）。
缺點(diǎn)：
- 學(xué)習(xí)曲線較陡，配置相對(duì)復(fù)雜。
- 不適合簡(jiǎn)單的“一次性”計(jì)時(shí)。
總結(jié)與對(duì)比
| 方法 | 精度 | 是否受系統(tǒng)時(shí)間調(diào)整 | 適用場(chǎng)景 |
|---|---|---|---|
System.currentTimeMillis() | 毫秒 | 是 | 粗略測(cè)量，簡(jiǎn)單日志 |
System.nanoTime() | 納秒（高精度） | 否 | 絕大多數(shù)計(jì)時(shí)需求推薦 |
Instant + Duration | 毫秒（實(shí)際同系統(tǒng)時(shí)間） | 是 | 追求可讀性，且不受系統(tǒng)時(shí)間影響不重要時(shí) |
Spring StopWatch | 毫秒 | 否（使用nanoTime） | 多任務(wù)分段計(jì)時(shí)，輸出美觀 |
Apache Commons StopWatch | 毫秒 | 否 | 輕量級(jí)，需要額外庫 |
| JMH | 極高（納秒級(jí)） | 否 | 微基準(zhǔn)測(cè)試，JVM 性能調(diào)優(yōu) |
最佳實(shí)踐：
- 對(duì)于單元測(cè)試或簡(jiǎn)單性能日志，使用
System.nanoTime()即可滿足絕大部分需求。 - 若需要同時(shí)測(cè)量多個(gè)階段或輸出美觀報(bào)告，選用 Spring 或 Apache Commons 的
StopWatch。 - 編寫正式的性能基準(zhǔn)（如方法優(yōu)化對(duì)比），務(wù)必使用 JMH，避免 JVM 優(yōu)化帶來的虛假結(jié)果。
最后，測(cè)量代碼執(zhí)行時(shí)間時(shí)，要注意：
- JVM 存在預(yù)熱（Just-In-Time 編譯），第一次執(zhí)行往往較慢，建議多次運(yùn)行取平均值。
- 測(cè)量時(shí)間過短的代碼（< 1ms）容易受操作系統(tǒng)線程調(diào)度影響，應(yīng)循環(huán)多次測(cè)量并求平均。
以上就是Java統(tǒng)計(jì)代碼的執(zhí)行時(shí)間的常見方法總結(jié)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java統(tǒng)計(jì)代碼執(zhí)行時(shí)間的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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Kafka日志清理實(shí)現(xiàn)詳細(xì)過程講解
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java實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快遞系統(tǒng)
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SpringBoot整合Shiro思路(最新超詳細(xì))
這篇文章主要介紹了SpringBoot整合Shiro思路(最新超詳細(xì)),本文內(nèi)容比較長(zhǎng)，通過實(shí)例代碼給大家介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下2022-03-03