Java 和 C 中测量代码耗时，简单易用，你必须要知道！

2024-01-08 09:35:30

代码耗时测量：揭秘软件性能的关键

随着软件系统的日益庞大，代码执行的效率变得至关重要。代码耗时 ，即代码执行所消耗的实际时间，是衡量软件性能的关键指标。了解代码耗时情况可以帮助开发人员找出性能瓶颈，进行有针对性的优化。

Java 中的代码耗时测量

方法 1：System.nanoTime()

Java 中最常用的代码耗时测量方法之一是使用 System.nanoTime() 函数。此函数返回当前时间的纳秒数，从而可以精确测量代码执行时间。

long start = System.nanoTime();

// 执行要测量的代码

long end = System.nanoTime();

long duration = end - start;
System.out.println("耗时：" + duration + " 纳秒");

方法 2：JMH（Java 微基准测试库）

JMH 是一个专门用于 Java 微基准测试的框架。它提供了高精度的定时器和一系列特性，可以帮助开发人员轻松准确地测量代码耗时。

import org.openjdk.jmh.annotations.Benchmark;
import org.openjdk.jmh.annotations.BenchmarkMode;
import org.openjdk.jmh.annotations.Mode;
import org.openjdk.jmh.annotations.OutputTimeUnit;
import org.openjdk.jmh.annotations.Scope;
import org.openjdk.jmh.annotations.State;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;

@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@State(Scope.Thread)
public class JMHBenchmark {

    @Benchmark
    public void testMethod() {
        // 执行要测量的代码
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, JMHError, IOException {
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(JMHBenchmark.class.getName())
                .warmupIterations(5)
                .measurementIterations(5)
                .threads(Runtime.getRuntime().availableProcessors())
                .shouldFailOnError(true)
                .shouldDoGC(true)
                .build();

        new Helper().execute(opt);
    }
}

C 中的代码耗时测量

方法 1：QueryPerformanceCounter()

在 C 编程环境中，可以通过 QueryPerformanceCounter() 函数来测量代码耗时。此函数返回当前时间的性能计数器值，与 Java 中的 System.nanoTime() 类似。

LARGE_INTEGER start, end;
QueryPerformanceCounter(&start);

// 执行要测量的代码

QueryPerformanceCounter(&end);

LARGE_INTEGER frequency;
QueryPerformanceFrequency(&frequency);

double duration = (double)(end.QuadPart - start.QuadPart) / (double)frequency.QuadPart;
printf("耗时：%.9f 秒\n", duration);

方法 2：perf_event

perf_event 是 Linux 系统上用于性能分析的内核子系统。它提供了多种事件类型，其中 perf_event_open() 函数可以用来测量代码执行时间。

#include <linux/perf_event.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    struct perf_event_attr attr;

    perf_event_attr_init(&attr);
    attr.type = PERF_TYPE_SOFTWARE;
    attr.config = PERF_COUNT_SW_CPU_CLOCK;
    attr.size = sizeof(struct perf_event_attr);

    int fd = perf_event_open(&attr, -1, -1, -1, 0);
    if (fd == -1) {
        perror("perf_event_open() failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 执行要测量的代码

    uint64_t count;
    read(fd, &count, sizeof(uint64_t));
    close(fd);

    printf("耗时：%llu 纳秒\n", count);

    return 0;
}