如何使用C# Stopwatch 测量微秒级精确度

跟同事讨论到- 用C# Stopwatch 取得效能数值，Stopwatch.ElapsedMilliseconds 只到毫秒(ms)，如果需要更高的时间精确度(微秒μs，甚至奈秒ns)，该怎么做？

原以为要费番功夫，在Stackoverlow查到讨论，答案意外地简单。

准备测试程式如下，比较MD5 及SHA1 计算1MB byte[] 杂凑值所秏费时间：

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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");   } }

执行结果如下：

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

有两个问题，第一是回圈的第一次执行因涉及.NET 初始化，耗时会异常偏高(先做SHA1 再做MD5，就变成第一笔SHA1 超过10ms)，第二是MD5 与SHA1 执行时间相近，都是2ms 多，用ElapsedMilliseconds 看不出差异。

针对首次数值耗时偏差问题，除了略过第一次数据不计，我想到的另一个解法是在Test1()前先跑一次MD5.Create()完成相关初始化。至于ElapsedMilliseconds看不出差异问题，改用ElapsedTicks是种解法，但要注意，ElaspedTicks换算成时间单位时，不是除以TimeSpan.TicksPerMillisecond而是依CPU频率而定，需使用Stopwatch.Frequency (每秒Tick数)。

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

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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");   } }

执行结果的第一次时间偏长问题消失，而也呈现出SHA1 比MD5 计算耗时的证据。而由数值来看，精确度可到0.1μs = 100ns。

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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

自己计算麻烦了点，Stopwatch 有个Elapsed 属性，型别为TimeSpan，其中TotalMilliseconds 属性精确度即可达到μs 及100ns。请看第三版：

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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");   } }

执行结果与第二版相同，但程式更简单一些。

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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

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