JVM和C ++之间的纳秒精度差异

Question

使用System.nanoTime()在JVM上测量时间时，与使用std::chrono::high_resolution_clock相比，您可以获得更高的精度。 在C ++中如何获得与JVM相同的精度，这将是一种跨平台的方式。

例子：

Kotlin（JVM）：

fun main(args: Array<String>) {
    for (i in 0..10)
        test() // warmup

    println("Average resolution: ${test()}ns")
}

fun test(): Double {
    val timeList = mutableListOf<Long>()

    for (i in 0 until 10_000_000) {
        val time = System.nanoTime()
        if (timeList.isEmpty() || time != timeList.last())
            timeList.add(time)
    }

    return timeList
            .mapIndexed { i, l -> if (i > 0) l - timeList[i - 1] else null }
            .filterNotNull()
            .average()
}

输出： Average resolution: 433.37ns

C ++：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <numeric>
#include <vector>

int main() {
    using namespace std;
    using namespace chrono;

    vector<long long int> time_list;

    for(int i = 0; i < 10'000'000; ++i) {
        auto time = duration_cast<nanoseconds>(high_resolution_clock::now().time_since_epoch()).count();
        if(time_list.empty() || time != time_list[time_list.size() - 1])
            time_list.push_back(time);
    }

    adjacent_difference(time_list.begin(), time_list.end(), time_list.begin());
    auto result = accumulate(time_list.begin() + 1, time_list.end(), 0.0) / (time_list.size() - 1);

    printf("Average resolution: %.2fns", result);

    return 0;
}

输出： Average resolution: 15625657.89ns编辑：（MinGW g ++）编辑：输出： Average resolution: 444.88ns （MSVC）

这是在Windows上完成的，但是在Linux上我得到了类似的结果。

编辑：

好了，切换到MSVC之后，原始的C ++是用MinGW和g ++计算出来的，我得到了与JVM（444.88ns）相当的结果。

Answer 1

您的Java（Kotlin）示例未测量纳秒级粒度； 它主要用于测量垃圾收集Long对象列表所需的时间。 （或扩展堆，或分配对象和对象标头-如果仅运行一次测试，它可能会尝试进行垃圾回收，但只要循环正在运行，它就不会成功）

Java的内存分配非常快，通常比C / C ++的标准内存分配器库快。

对于C ++，纳秒时钟的感知精度中至少有很大一部分可能来自对向量的1000万次push_back调用，这涉及许多重分配。

更好的测试是（Kotlin，但对于C ++也可以这样做）-无需记住列表中的时间戳以计算它们之间的平均差。

fun main(args: Array<String>) {
    for (i in 0 until 10) {
        runTest();
    }
}

fun runTest() {
    var lastTime = System.nanoTime()
    var count = 0;
    var total = 0L;
    for (i in 0 until 50_000_000) {
        val time = System.nanoTime()
        if (time > lastTime) {
            count++;
            total += time - lastTime;
            lastTime = time;
        }
    }

    val result = total / count;

    println("Average resolution: ${result}ns")
}

注意：这使我在Java中具有32-35ns的一致精度，比原始代码给我的45-200 ns好得多。

至于您的C ++代码，您在MacBookPro上运行的原始代码给了我68-78ns（在运行10次的循环中运行）

我还从代码中删除了不必要的向量，然后给出了50-51ns的结果，这很好地表明了实际粒度为50ns。

JVM的性能要比32-35ns（比50ns好38％）要好一些，但是裕度远没有您提到的那么大。

请重试，并使用不需要将结果存储在列表中的代码发布输出，因为这会极大地影响结果。

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <numeric>
#include <vector>


int main1() {
    using namespace std;
    using namespace chrono;

    vector<long long int> time_list;

    long long total = 0;
    int count = 0;
    auto lastTime = duration_cast<nanoseconds>(high_resolution_clock::now().time_since_epoch()).count();
    for(int i = 0; i < 50000000; ++i) {
        auto time = duration_cast<nanoseconds>(high_resolution_clock::now().time_since_epoch()).count();
        if (time > lastTime) {
            count++;
            total += time - lastTime;
            lastTime = time; 
        }
    }

    long long result = total / count;

    printf("Average resolution: %.2lld ns\n", result);

    return 0;
}

int main() {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        main1();
    }
}

Answer 2

c ++中的分辨率取决于平台，但是使用平台特定的调用（例如，在Linux上，来自time.h clock_gettime ）可能会提高准确性。