Java 程式執行時間精確測量：毫秒級 vs 納秒級 API 對比

兩大核心 API

標準測量範本

毫秒級 (適合 >10ms 任務)

long start = System.currentTimeMillis();
// doSomething();
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("耗時: " + (end - start) + " ms");

納秒級 (適合微基準、熱點方法)

long start = System.nanoTime();
// doSomething();
long end = System.nanoTime();
System.out.println("耗時: " + (end - start) + " ns");
System.out.println("耗時: " + (end - start) / 1_000_000.0 + " ms");

進階：JMH (Java Microbenchmark Harness)

手工測量存在 JIT 預熱、死碼消除、編譯器優化干擾等陷阱。**生產級微基準必須用 JMH** (OpenJDK 官方工具)。

@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@Warmup(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
@Measurement(iterations = 10, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
@Fork(2)
@State(Scope.Benchmark)
public class MyBenchmark {
    @Benchmark
    public void testMethod() {
        // 被測代碼
    }
}

• 自動處理預熱、測量迭代、Fork 隔離、結果統計 (平均、中位數、百分位)。
• Maven: org.openjdk.jmh:jmh-core + jmh-generator-annprocess。

JUnit 4/5 內建計時

// JUnit 4
@Test(timeout = 1000) // 超時失敗
public void test() { ... }

// JUnit 5 (Jupiter)
@Test
void test() {
    Assertions.assertTimeout(Duration.ofMillis(500), () -> { ... });
}

僅適用於**超時保護**，不提供精確耗時統計。

常見誤區

1. 用 currentTimeMillis() 測微秒級代碼：精度不足，結果多為 0 或波動極大。
2. 忽略 JIT 預熱：首次執行解釋模式，後續編譯優化，必須預熱後再測。
3. 死碼消除：結果未被使用，JIT 可能直接刪除代碼。用 Blackhole.consume() (JMH) 或打印結果防止。
4. 跨線程/跨進程比較 nanoTime()：不同 JVM 實例、不同機器的納秒基準無關聯性。

總結建議

• 業務日誌、慢查詢閾值、定時任務：currentTimeMillis() / Instant.now()。
• 方法級效能優化、演算法對比、鎖爭用分析：nanoTime() + 多次迭代取中位數。
• 發佈級基準報告、庫選型決策：**JMH**。