java - 在调用 Thread.sleep() 后，System.nanoTime() 测量耗时的准确性降低

Question

我在这里遇到了一个非常不寻常的问题。似乎调用 Thread.sleep(n)，其中 n > 0 会导致以下 System.nanoTime() 调用难以预测。

下面的代码演示了这个问题。

在我的电脑(rMBP 15"2015，OS X 10.11，jre 1.8.0_40-b26)上运行它输出以下结果:

Control: 48497
Random: 36719
Thread.sleep(0): 48044
Thread.sleep(1): 832271

在运行 Windows 8 的虚拟机上(VMware Horizo​​n、Windows 8.1 均为 1.8.0_60-b27):

Control: 98974
Random: 61019
Thread.sleep(0): 115623
Thread.sleep(1): 282451

但是，在企业服务器(VMware、RHEL 6.7、jre 1.6.0_45-b06)上运行它:

Control: 1385670
Random: 1202695
Thread.sleep(0): 1393994
Thread.sleep(1): 1413220

这出乎我的意料。

很明显 Thread.sleep(1) 会影响下面代码的计算。我不知道为什么会这样。有人知道吗？

谢谢!

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int N = 1000;
        long timeElapsed = 0;
        long startTime, endTime = 0;

        for (int i = 0; i < N; i++) {
            startTime = System.nanoTime();
            //search runs here
            endTime = System.nanoTime();

            timeElapsed += endTime - startTime;
        }

        System.out.println("Control: " + timeElapsed);

        timeElapsed = 0;

        for (int i = 0; i < N; i++) {
            startTime = System.nanoTime();
            //search runs here
            endTime = System.nanoTime();

            timeElapsed += endTime - startTime;

            for (int j = 0; j < N; j++) {
                int k = (int) Math.pow(i, j);
            }
        }

        System.out.println("Random: " + timeElapsed);

        timeElapsed = 0;

        for (int i = 0; i < N; i++) {
            startTime = System.nanoTime();
            //search runs here
            endTime = System.nanoTime();

            timeElapsed += endTime - startTime;

            try {
                Thread.sleep(0);
            } catch (InterruptedException e) {
                break;
            }
        }

        System.out.println("Thread.sleep(0): " + timeElapsed);

        timeElapsed = 0;

        for (int i = 0; i < N; i++) {
            startTime = System.nanoTime();
            //search runs here
            endTime = System.nanoTime();

            timeElapsed += endTime - startTime;

            try {
                Thread.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                break;
            }
        }

        System.out.println("Thread.sleep(1): " + timeElapsed);
    }
}

基本上，我在 while 循环中运行搜索，它通过调用 Thread.sleep() 在每次迭代中暂停。我想从运行搜索的总时间中排除 sleep 时间，因此我使用 System.nanoTime() 来记录开始和结束时间。但是，正如您在上面注意到的那样，这效果不佳。

有办法解决这个问题吗？

感谢任何输入!

Answer 1

这是一个复杂的主题，因为 JVM 使用的计时器高度依赖于 CPU 和操作系统，并且还会随着 JVM 版本的变化而变化(例如，通过使用更新的操作系统 API)。虚拟机也可能会限制它们传递给 guest 的 CPU 功能，与裸机设置相比，这可能会改变选择。

在 x86 上，RDTSC 指令提供所有时钟中最低的延迟和最好的粒度，但在某些配置下，它作为时间源不可用或不够可靠。

在 Linux 上，您应该检查内核启动消息 (dmesg)、tsc 相关的 /proc/cpuinfo 标志和选定的 /sys/devices/system/时钟源/*/current_clocksource。默认情况下，内核将尝试使用 TSC，如果不这样做，可能是有原因的。

对于一些历史，您可能想阅读以下内容，但请注意其中一些文章可能有点过时，这些年来 TSC 的可靠性已经提高了很多:

• OpenJDK Bug 8068730通过 Java 8 中引入的日期和时间 API 在 Java 9 中公开更精确的系统时钟
• http://shipilev.net/blog/2014/nanotrusting-nanotime/ (提到 -XX:+AssumeMonotonicOSTimers 手动覆盖/footgun)
• https://blog.packagecloud.io/eng/2017/03/14/using-strace-to-understand-java-performance-improvement/ (提到 linux 的类似选项 UseLinuxPosixThreadCPUClocks)
• https://btorpey.github.io/blog/2014/02/18/clock-sources-in-linux/
• https://stas-blogspot.blogspot.de/2012/02/what-is-behind-systemnanotime.html
• https://en.wikipedia.org/wiki/Time_Stamp_Counter (尤其是 CPU 能力，Linux 命名法中的 constant_tsc tsc_reliable nonstop_tsc)
• http://vanillajava.blogspot.de/2012/04/yield-sleep0-wait01-and-parknanos1.html