如何使用C# Stopwatch 測量微秒級精確度

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跟同事討論到- 用C# Stopwatch 取得效能數值，Stopwatch.ElapsedMilliseconds 隻到毫秒(ms)，如果需要更高的時間精確度(微秒μs，甚至奈秒ns)，該怎麼做？

原以為要費番功夫，在Stackoverlow查到討論，答案意外地簡單。

準備測試程式如下，比較MD5 及SHA1 計算1MB byte[] 雜湊值所秏費時間：

static byte[] data = new byte[1024 * 1024];
static void Main(string[] args)
{
  Test1();
  Console.ReadLine();
}

private static void Test1()
{
  Console.WriteLine("Test 1");
  for (var i = 0; i < 5; i++)
  {
    Stopwatch sw = new Stopwatch();
    sw.Start();
    var md5 = MD5.Create().ComputeHash(data);
    sw.Stop();
    Console.WriteLine($"MD5 {sw.ElapsedMilliseconds}ms");
    sw.Restart();
    var sha1 = SHA1.Create().ComputeHash(data);
    sw.Stop();
    Console.WriteLine($"SHA1 {sw.ElapsedMilliseconds}ms");
  }
}

執行結果如下：

Test 1
MD5 10ms
SHA1 2ms
MD5 2ms
SHA1 2ms
MD5 2ms
SHA1 2ms
MD5 2ms
SHA1 2ms
MD5 2ms
SHA1 2ms

有兩個問題，第一是回圈的第一次執行因涉及.NET 初始化，耗時會異常偏高(先做SHA1 再做MD5，就變成第一筆SHA1 超過10ms)，第二是MD5 與SHA1 執行時間相近，都是2ms 多，用ElapsedMilliseconds 看不出差異。

針對首次數值耗時偏差問題，除瞭略過第一次數據不計，我想到的另一個解法是在Test1()前先跑一次MD5.Create()完成相關初始化。至於ElapsedMilliseconds看不出差異問題，改用ElapsedTicks是種解法，但要註意，ElaspedTicks換算成時間單位時，不是除以TimeSpan.TicksPerMillisecond而是依CPU頻率而定，需使用Stopwatch.Frequency (每秒Tick數)。

第二版改用ElapsedTicks * 1000000F / Stopwatch.Frequency 計算微秒(Microsecond, μs)，執行前先MD5.Create() 暖機。

static byte[] data = new byte[1024 * 1024];
static void Main(string[] args)
{
  MD5.Create();
  Test2();
  Console.ReadLine();
}

private static void Test2()
{
  Console.WriteLine("Test 2");
  for (var i = 0; i < 5; i++)
  {
    Stopwatch sw = new Stopwatch();
    sw.Start();
    var md5 = MD5.Create().ComputeHash(data);
    sw.Stop();
    //
    Console.WriteLine($"MD5 {sw.ElapsedTicks * 1000000F / Stopwatch.Frequency:n3}μs");
    sw.Restart();
    var sha1 = SHA1.Create().ComputeHash(data);
    sw.Stop();
    Console.WriteLine($"SHA1 {sw.ElapsedTicks * 1000000F / Stopwatch.Frequency:n3}μs");
  }
}

執行結果的第一次時間偏長問題消失，而也呈現出SHA1 比MD5 計算耗時的證據。而由數值來看，精確度可到0.1μs = 100ns。

Test 2
MD5 2,402.200μs
SHA1 2,724.000μs
MD5 2,017.300μs
SHA1 2,576.900μs
MD5 2,102.100μs
SHA1 2,578.700μs
MD5 2,024.100μs
SHA1 2,600.300μs
MD5 2,008.300μs
SHA1 2,624.300μs

自己計算麻煩瞭點，Stopwatch 有個Elapsed 屬性，型別為TimeSpan，其中TotalMilliseconds 屬性精確度即可達到μs 及100ns。請看第三版：

    static byte[] data = new byte[1024 * 1024];
    static void Main(string[] args)
    {
      MD5.Create();
      Test3();
      Console.ReadLine();
    }
    private static void Test3()
    {
      Console.WriteLine("Test 3");
      for (var i = 0; i < 5; i++)
      {
        Stopwatch sw = new Stopwatch();
        sw.Start();
        var md5 = MD5.Create().ComputeHash(data);
        sw.Stop();
        Console.WriteLine($"MD5 {sw.Elapsed.TotalMilliseconds * 1000:n3}μs");
        sw.Restart();
        var sha1 = SHA1.Create().ComputeHash(data);
        sw.Stop();
        Console.WriteLine($"SHA1 {sw.Elapsed.TotalMilliseconds * 1000:n3}μs");
      }
    }

執行結果與第二版相同，但程式更簡單一些。

Test 3
MD5 2,423.400μs
SHA1 2,692.400μs
MD5 2,204.000μs
SHA1 2,976.800μs
MD5 2,094.500μs
SHA1 2,588.600μs
MD5 2,034.600μs
SHA1 2,598.900μs
MD5 2,029.900μs
SHA1 2,887.000μs

以上就是如何使用C# Stopwatch 測量微秒精確度的詳細內容，更多關於C# Stopwatch 測量微秒精確度的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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