Question

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+，-，/，*可以在我的计算机上进行多少操作。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，请说如下：

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;
            }
        });

    }
}

结果仍然几乎相同：

你怎么解释这种行为？

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（内置24.65-b04，混合模式）
javac 1.7.0_67

Answer 1

有许多因素会影响代码使用的系统时间。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其他程序所花费的时间。

为了缓解这种情况，您可以多次运行计时器，比如数千或数百万，并取平均值。

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。

Answer 2

总会有差异，因为您的计算机上还运行其他进程，并且根据操作系统，某些进程将优先于其他进程。您无法确切地预测单个操作需要多少毫秒。它还取决于您的计算机CPU速度。

Answer 3

编译器在编译时计算常量表达式，你应该使它成为一个接收参数的方法。

其次，对手表的系统调用需要花费几纳秒的时间，所以这个检查永远不会成为现实，你实际得到的是java花多少时间来获取时间。

Answer 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，并且可能是完全解释，完全编译或部分编译。这就是为什么，一般来说，第一次运行总是较慢：它总是被解释。只有在以后，VM才能决定编译它并将已编译的代码与解释过程交换。

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，你可以进行测量，如果你先做一个“预热”循环，让VM知道必须编译给定的方法，然后丢弃第一个结果。但结果并不完全衡量CPU的性能。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Java编译器并不是那么愚蠢，它将在编译时评估常量操作。 i=2*2已编译为i=4，因此您不是在测量乘法时间，而是仅测量分配时间。

Answer 5

2个主要问题（1）你正在调用一个消耗大量资源的函数。（2）你只执行一次。如果直接运行该语句，或者多次运行它，您将看到执行时间非常短。结果如下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);
}

}

在纳秒内，Java中的简单操作需要多长时间？

5 个答案: