Java统计代码的执行时间

时间:2022-09-29 fastjson_ 人气:0

在日常开发中经常需要测试一些代码的执行时间，但又不想使用向 JMH（Java Microbenchmark Harness，Java 微基准测试套件）这么重的测试框架，所以本文就汇总了一些 Java 中比较常用的执行时间统计方法，总共包含以下 6 种，如下图所示：

方法一：System.currentTimeMillis

此方法为 Java 内置的方法，使用 System.currentTimeMillis 来执行统计的时间（统计单位：毫秒）（统计单位：毫秒），示例代码如下：

public class TimeIntervalTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 开始时间
        long stime = System.currentTimeMillis();
        // 执行时间（1s）
        Thread.sleep(1000);
        // 结束时间
        long etime = System.currentTimeMillis();
        // 计算执行时间
        System.out.printf("执行时长：%d 毫秒.", (etime - stime));
    }
}

以上程序的执行结果为：

执行时长：1000 毫秒.

方法二：System.nanoTime

此方法为 Java 内置的方法，使用 System.nanoTime 来统计执行时间（统计单位：纳秒），它的执行方法和 System.currentTimeMillis 类似，示例代码如下：

public class TimeIntervalTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 开始时间
        long stime = System.nanoTime();
        // 执行时间（1s）
        Thread.sleep(1000);
        // 结束时间
        long etime = System.nanoTime();
        // 计算执行时间
        System.out.printf("执行时长：%d 纳秒.", (etime - stime));
    }
}

以上程序的执行结果为：

执行时长：1000769200 纳秒.

小贴士：1 毫秒 = 100 万纳秒。

方法三：new Date

此方法也是 Java 的内置方法，在开始执行前 new Date() 创建一个当前时间对象，在执行结束之后 new Date() 一个当前执行时间，然后再统计两个 Date 的时间间隔，示例代码如下：

import java.util.Date;
 
public class TimeIntervalTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 开始时间
        Date sdate = new Date();
        // 执行时间（1s）
        Thread.sleep(1000);
        // 结束时间
        Date edate = new Date();
        //  统计执行时间（毫秒）
        System.out.printf("执行时长：%d 毫秒." , (edate.getTime() - sdate.getTime())); 
    }
}

以上程序的执行结果为：

执行时长：1000 毫秒.

方法四：Spring StopWatch

如果我们使用的是 Spring 或 Spring Boot 项目，可以在项目中直接使用 StopWatch 对象来统计代码执行时间，示例代码如下：

StopWatch stopWatch = new StopWatch();
// 开始时间
stopWatch.start();
// 执行时间（1s）
Thread.sleep(1000);
// 结束时间
stopWatch.stop();
// 统计执行时间（秒）
System.out.printf("执行时长：%d 秒.%n", stopWatch.getTotalTimeSeconds()); // %n 为换行
// 统计执行时间（毫秒）
System.out.printf("执行时长：%d 毫秒.%n", stopWatch.getTotalTimeMillis()); 
// 统计执行时间（纳秒）
System.out.printf("执行时长：%d 纳秒.%n", stopWatch.getTotalTimeNanos());

以上程序的执行结果为：

执行时长：0.9996313 秒. 执行时长：999 毫秒. 执行时长：999631300 纳秒.

小贴士：Thread#sleep 方法的执行时间稍有偏差，在 1s 左右都是正常的。

方法五：commons-lang3 StopWatch

如果我们使用的是普通项目，那我们可以用 Apache commons-lang3 中的 StopWatch 对象来实现时间统计，首先先添加 commons-lang3 的依赖：

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.commons/commons-lang3 -->
<dependency>
  <groupId>org.apache.commons</groupId>
  <artifactId>commons-lang3</artifactId>
  <version>3.10</version>
</dependency>

然后编写时间统计代码：

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();
        // 开始时间
        stopWatch.start();
        // 执行时间（1s）
        Thread.sleep(1000);
        // 结束时间
        stopWatch.stop();
        // 统计执行时间（秒）
        System.out.println("执行时长：" + stopWatch.getTime(TimeUnit.SECONDS) + " 秒.");
        // 统计执行时间（毫秒）
        System.out.println("执行时长：" + stopWatch.getTime(TimeUnit.MILLISECONDS) + " 毫秒.");
        // 统计执行时间（纳秒）
        System.out.println("执行时长：" + stopWatch.getTime(TimeUnit.NANOSECONDS) + " 纳秒.");
    }
}

以上程序的执行结果为：

执行时长：1 秒. 执行时长：1000 毫秒.

执行时长：1000555100 纳秒.

方法六：Guava Stopwatch

除了 Apache 的 commons-lang3 外，还有一个常用的 Java 工具包，那就是 Google 的 Guava，Guava 中也包含了 Stopwatch 统计类。首先先添加 Guava 的依赖：

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.google.guava/guava -->
<dependency>
  <groupId>com.google.guava</groupId>
  <artifactId>guava</artifactId>
  <version>29.0-jre</version>
</dependency>

然后编写时间统计代码：

import com.google.common.base.Stopwatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
 
public class TimeIntervalTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建并启动计时器
        Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
        // 执行时间（1s）
        Thread.sleep(1000);
        // 停止计时器
        stopwatch.stop();
        // 执行时间（单位：秒）
        System.out.printf("执行时长：%d 秒. %n", stopwatch.elapsed().getSeconds()); // %n 为换行
        // 执行时间（单位：毫秒）
        System.out.printf("执行时长：%d 豪秒.", stopwatch.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));
    }
}

以上程序的执行结果为：

执行时长：1 秒.

执行时长：1000 豪秒.

原理分析

本文我们从 Spring 和 Google 的 Guava 源码来分析一下，它们的 StopWatch 对象底层是如何实现的？

1.Spring StopWatch 原理分析

在 Spring 中 StopWatch 的核心源码如下：

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;
        }
    }
    // .... 忽略其他代码
}

从上述 start() 和 stop() 的源码中可以看出，Spring 实现时间统计的本质还是使用了 Java 的内置方法 System.nanoTime() 来实现的。

2.Google Stopwatch 原理分析

Google Stopwatch 实现的核心源码如下：

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;
    }
    // 忽略其他源码...
}

从上述源码中可以看出 Stopwatch 对象中调用了 ticker 类来实现时间统计的，那接下来我们进入 ticker 类的实现源码：

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();
    }
    // 忽略其他源码...
}

从上述源码可以看出 Google Stopwatch 实现时间统计的本质还是调用了 Java 内置的 System.nanoTime() 来实现的。

结论

对于所有框架的 StopWatch 来说，其底层都是通过调用 Java 内置的 System.nanoTime() 得到两个时间，开始时间和结束时间，然后再通过结束时间减去开始时间来统计执行时间的。

总结

本文介绍了 6 种实现代码统计的方法，其中 3 种是 Java 内置的方法：

System.currentTimeMillis()
System.nanoTime()
new Date()

还介绍了 3 种常用框架 spring、commons-langs3、guava 的时间统计器 StopWatch。

在没有用到 spring、commons-langs3、guava 任意一种框架的情况下，推荐使用 System.currentTimeMillis() 或 System.nanoTime() 来实现代码统计，否则建议直接使用 StopWatch 对象来统计执行时间。

知识扩展—Stopwatch 让统计更方便

StopWatch 存在的意义是让代码统计更简单，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 {
        // 创建并启动计时器
        Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
        // 执行时间（1s）
        Thread.sleep(1000);
        // 停止计时器
        stopwatch.stop();
        // 执行统计
        System.out.printf("执行时长：%d 毫秒. %n",
                stopwatch.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));
        // 清空计时器
        stopwatch.reset();
        // 再次启动统计
        stopwatch.start();
        // 执行时间（2s）
        Thread.sleep(2000);
        // 停止计时器
        stopwatch.stop();
        // 执行统计
        System.out.printf("执行时长：%d 秒. %n",
                stopwatch.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS));
    }
}

我们可以使用一个 Stopwatch 对象统计多段代码的执行时间，也可以通过指定时间类型直接统计出对应的时间间隔，比如我们可以指定时间的统计单位，如秒、毫秒、纳秒等类型。

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