前端Tips#4 - 用 process.hrtime 獲取納秒級的計時精度

時間 2020-01-16

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文字講解

若是去測試代碼運行的時長，你會選擇哪一個時間函數？通常第一時間想到的函數是 Date.now 或 Date.getTime。前端

一、先講結論

在 Node.js 程序中，優先選 process.hrtime，其次選 performance.now，最後纔會是 Date.nownode

之因此這麼選，是基於精度和 時鐘同步 兩方面考慮的。git

二、知識講解

首先看一下 Date.now 的缺點github

返回的時間精度爲毫秒（10^-3）級別，精度不夠；
受到系統時間影響，也有可能被其餘軟件調整所影響

爲了得到更高精度、且和系統時間無關的時間，W3C 制定了 High Resolution Time Level 2 標準，其中的 6. Monotonic Clock 章節就規定了標準實現方須要提供「單調遞增」的全局系統時鐘：編程

在 Node.js 和瀏覽器中都實現了該標準，具體的實現就是 performance 對象。咱們能夠經過 performance.now 獲取相對起點的時間戳，具有如下幾個特性：segmentfault

和 JS 中其餘可用的時間類函數（好比 Date.now ）不一樣的是，performance.now() 返回的時間使用了一個浮點數來達到 微秒（10^-6） 級別的精確度
時間以一個 恆定的速率 慢慢增長的，它不會受到系統時間的影響（不會被其餘軟件所調整）
從標準定義看，能夠存在 clock drift （容許時鐘漂移）

這裏大體說一下 clock drift 的概念，它是源於 時鐘同步 概念。時鐘同步（ Clock synchronization）是計算機科學與工程學中的一個概念，旨在協調多個獨立的時鐘。現實中的多個時鐘，即便時間已調至一致，但在一段時間後依然會由於時鐘漂移（即 clock drift）而顯示不一樣的時間，由於它們計時的速率會略有差別。

是否有更精細的時鐘存在呢？api

有的，在 Node.js 環境中就提供了 process.hrtime 方法：瀏覽器

在 node v0.7.6 版本中新增，兼容性很好（畢竟如今都 v12 LTS 版本了）
精度高達 納秒（10^-9） 級別
不存在 時鐘漂移 (clock drift)

能夠說 process.hrtime 方法是 專爲測量時間間隔而打造 的。微信

注：瀏覽器環境沒有這個 hrtime 方法，所以瀏覽器環境所能達到的最高精度也就用 performance.now 的微秒級別（固然各個瀏覽器實現也是有差別）

只不過這個方法使用須要注意一下，首次調用返回的 time 須要做爲後面調用的入參：

const NS_PER_SEC = 1e9;
const time = process.hrtime(); // 這裏第一次調用，返回 time 變量
// [ 1800216, 25 ]

setTimeout(() => {
  const diff = process.hrtime(time); // 用第一次返回的 time 變量做爲入參放在第二次調用中，從而獲取 diff 時間差值
  // [ 1, 552 ]

  console.log(`Benchmark took ${diff[0] * NS_PER_SEC + diff[1]} nanoseconds`);
  // Benchmark took 1000000552 nanoseconds
}, 1000);

到這裏本節主要內容講完了，也就天然而然得到本節剛開始的結論。

三、小知識

若是你使用 Node.js V10.7.0 以上的版本，還可使用 hrtime.bigint 方法，它是 process.hrtime 的 bigint 版本（bigint 類型從 v10.4 開始支持），返回當前的高精度實際時間。

這方法使用起來比 process.hrtime 更加方便，由於它不用額外的 time 入參，直接經過兩次調用結果相減就能得到計算時間差：

const start = process.hrtime.bigint();
// 191051479007711n

setTimeout(() => {
  const end = process.hrtime.bigint();
  // 191052633396993n

  console.log(`基準測試耗時 ${end - start} 納秒`);
  // 基準測試耗時 1154389282 納秒
}, 1000);