java - 测量执行时间的常用技术提供不同的值(java)

Question

我试图测量不同类型的集合上不同操作的时间，并想对它们进行比较，但是在相同类型的集合上，我得到的值差别很大，比如因子 1000。我使用了常用的技术在这里阅读:How do I time a method's execution in Java?

我比较了Hashset、TreeSet和LinkedHashSet。 我用 1 000 000 个整数填充集合，使用 contains() 方法并迭代集合。我测量了每次操作的时间，值相差很大。因此，我使用相同类型的新集第二次执行此操作，并且我得到的执行时间似乎不合法。

相同类型的集合需要1400毫秒然后300毫秒才能被填充。这是为什么？

这是一个代码示例，它可能会让我的意思更清楚:

    public static void main(String[] args){

    HashSet<Integer> firstHashSet = new HashSet<>(predefinedSize);
    HashSet<Integer> secondHashSet = new HashSet<>(predefinedSize);
    LinkedHashSet<Integer> firstLinkedHashSet = new LinkedHashSet<>(predefinedSize);
    LinkedHashSet<Integer> secondLinkedHashSet = new LinkedHashSet<>(predefinedSize);
    TreeSet<Integer> firstTreeSet = new TreeSet<>();
    TreeSet<Integer> secondTreeSet = new TreeSet<>();
    int x = 9432;
    System.out.println("filling hashSet:        <" + fillSet(firstHashSet) + "> milliSeconds");
    System.out.println("filling linkedSet:      <" + fillSet(firstLinkedHashSet) + "> milliSeconds");
    System.out.println("filling treeSet:        <" + fillSet(firstTreeSet) + "> milliSeconds");
    System.out.println("-------------------------------------------------------------");
    System.out.println("filling hashSet:        <" + fillSet(secondHashSet) + "> milliSeconds");
    System.out.println("filling linkedSet:      <" + fillSet(secondLinkedHashSet) + "> milliSeconds");
    System.out.println("filling treeSet:        <" + fillSet(secondTreeSet) + "> milliSeconds");

这就是我的填充集的样子:

private static int size = 1000000;
private static int predefinedSize = 2000000;

public static double fillSet(LinkedHashSet<Integer> myHashSet){
    double timeStart = System.nanoTime();
    for(int i=0; i<size; i++){
        myHashSet.add(i);
    }
    double time = (System.nanoTime() - timeStart)/ Math.pow(10, 6);
    return time;
}

输出是这样的:

filling hashSet:        <52.14022> milliSeconds
filling linkedSet:      <95.599435> milliSeconds
filling treeSet:        <2172.773956> milliSeconds
-------------------------------------------------------------
filling hashSet:        <59.096929> milliSeconds
filling linkedSet:      <1006.638126> milliSeconds
filling treeSet:        <241.36395> milliSeconds

你会看到输出差异很大，我认为这取决于我的电脑的计算能力，但我不在后台运行任何其他程序。 有人可以给我解释和/或解决方案吗？

Answer 1

正如 @kan 的评论所提到的，使用系统计时器并执行某件事一百万次将提供截然不同的结果。您正在寻找的是微基准:

How do I write a correct micro-benchmark in Java?

至于你的计时到处都是的原因，你必须阅读有关计算机体系结构和 Java JVM 的知识。一些可能性:

• 处理器中的动态时钟速度技术 https://electronics.stackexchange.com/questions/62353/how-can-a-cpu-dynamically-change-its-clock-frequency - 您可以通过关闭 CPU 更改时钟速度的功能来消除这种可能性。
• 您的集合有 100 万个 Int 类型的元素，大小为 4 MiB。鉴于非服务器 CPU 将具有 1 到 8 MiB 的缓存，该大小几乎达到了是否适合处理器缓存的极限。如果在一次执行中您的 100 万个元素在缓存中停留的时间比另一次执行中的时间长，那么您将获得截然不同的执行时间。您可以通过将集合设置得足够小以适应缓存(最多几十千字节)或太大以使其根本无法与缓存一起使用(也许是一百兆字节)，从而消除这种可能性。
• 您可能没有运行任何其他应用程序，但您的计算机上仍有其他内容在后台运行。 (防病毒、更新服务、10-20 项与操作系统内部工作相关的其他任务)
• Java 虚拟机的行为可能有所不同(这一点我不太确定，因为我不是 JIT、GC 和其他可能影响执行时间的东西的内部工作原理的专家)。微基准库将在很大程度上消除这种可能的差异。