java System.nanoTime()返回当前JVM的高精度时间值（纳秒）

1. 方法定义

public static long nanoTime()

• 返回当前JVM的高精度时间值（纳秒）
• 返回值类型：long

2. 功能说明

• 高精度计时：提供纳秒级时间测量（实际精度依赖硬件）
• 相对时间源：测量任意两点间的时间间隔（非日历时间）
• 单调递增：不受系统时间更改影响（即使手动调整系统时间）
• JVM范围：仅在同一个JVM实例中保证可比性

3. 示例代码

public class NanoTimeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 测量代码执行时间
        long start = System.nanoTime();
        
        // 被测代码
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
            sum += i;
        }
        
        long end = System.nanoTime();
        long duration = end - start;
        
        System.out.println("计算耗时: " + duration + " 纳秒");
        System.out.println("约合: " + (duration / 1_000_000.0) + " 毫秒");
        
        // 超时检测
        long timeout = TimeUnit.SECONDS.toNanos(3); // 3秒超时
        long taskStart = System.nanoTime();
        
        while (!isTaskDone()) {
            if (System.nanoTime() - taskStart > timeout) {
                System.err.println("任务超时!");
                break;
            }
            // 继续执行任务...
        }
    }
    
    private static boolean isTaskDone() {
        // 模拟任务状态
        return Math.random() > 0.8;
    }
}

4. 使用技巧

• 性能基准测试：精确测量代码段执行时间
• 超时控制：在循环中检测操作是否超时
• 时间间隔比较：

  long start = System.nanoTime();
  // ...
  long elapsedNanos = System.nanoTime() - start;
  

• 时间单位转换：

  double seconds = TimeUnit.NANOSECONDS.toSeconds(elapsedNanos);
  

5. 常见错误

1. 误作绝对时间使用

   // 错误！不能转换为日期
   long now = System.nanoTime();
   Date date = new Date(now); // 完全错误的值
   

   • 正确替代：System.currentTimeMillis()

2. 跨JVM比较

   // JVM1:
   long t1 = System.nanoTime();
   // JVM2:
   long t2 = System.nanoTime();
   // 错误！t1和t2不能直接比较
   

3. 忽略精度限制

   // 某些系统实际精度为微秒级
   long t1 = System.nanoTime();
   long t2 = System.nanoTime();
   System.out.println(t2 - t1); // 可能显示0（实际有延迟）
   

6. 注意事项

• 非绝对时间：返回值与1970年无关，仅表示纳秒计数器
• 系统依赖：
  • Windows：通常精度≈100纳秒
  • Linux：通常精度≈1纳秒
• 可能回退：在NTP调整等极端情况下可能非单调（极罕见）
• 休眠影响：系统休眠期间可能暂停计数

7. 最佳实践与性能优化

• 预热测量：避免首次测量受JIT编译影响

  // 预热
  for (int i = 0; i < 10_000; i++) { /* 被测代码 */ }
  
  // 正式测量
  long start = System.nanoTime();
  // ...
  

• 多次测量取中位数：

  long[] times = new long[10];
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
      long s = System.nanoTime();
      // 被测代码
      times[i] = System.nanoTime() - s;
  }
  Arrays.sort(times);
  long median = times[times.length/2];
  

• 避免微基准测试陷阱：

  // 错误：JIT可能优化掉空循环
  long start = System.nanoTime();
  for (int i = 0; i < 1_000_000; i++); // 被优化！
  long duration = System.nanoTime() - start;
  

• 与currentTimeMillis对比使用： | 场景 | 推荐方法 | |--------------------------|-----------------------------| | 代码性能测量 | nanoTime() | | 日历时间/绝对时间 | currentTimeMillis() | | 超时控制（>1秒） | currentTimeMillis() | | 超时控制（<1秒） | nanoTime() |

8. 精度实测示例

public class PrecisionTest {
    public static void main(String[] args) {
        long last = System.nanoTime();
        long minDiff = Long.MAX_VALUE;
        
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            long current = System.nanoTime();
            long diff = current - last;
            if (diff > 0 && diff < minDiff) {
                minDiff = diff;
            }
            last = current;
        }
        
        System.out.println("最小可测量间隔: " + minDiff + " 纳秒");
        System.out.println("系统实际精度: ~" + (minDiff > 1000 ? 
            (minDiff/1000) + " 微秒" : minDiff + " 纳秒"));
    }
}

9. 总结

黄金实践原则：

1. 只用于时间差：始终计算两个nanoTime()值的差值
2. JVM内部使用：不在JVM实例间比较结果
3. 理解精度限制：实际精度通常为微秒级（Windows）或纳秒级（Linux）
4. 长周期用毫秒：超过1秒的测量优先考虑currentTimeMillis()
5. 基准测试预热：避免JIT编译干扰首次测量结果

在99%的应用场景中，遵循以下决策树：
需要测量短时间间隔(<1s)？ → 使用nanoTime()
需要绝对时间/日历时间？ → 使用currentTimeMillis()或Instant.now()
需要跨JVM的时间比较？ → 使用网络时间协议(NTP)同步的系统时钟