PHP 如何測量程式執行時間 - 使用 time、microtime 及 hrtime

一支程式的效能有幾個重要的指標，其中一個是記憶體用量，之前的文章中有介紹過如何衡量記憶體用量，而今天這一篇文章要介紹的則是另一個重要指標：執行時間。

要如何測量程式的執行時間？其實原理很簡單，只要記錄開始時間跟結束時間，然後以後者減去前者就好了。

在 PHP 中有 time()、microtime 及 hrtime 可以用來取得目前時間，而這三者的主要差別在於時間的精細度。

time()

time() 回傳的是當下的 Unix timestamp，單位是秒。Unix timestamp，其代表的數字是 1970/01/01 00:00:00 GMT+0 到目前為止所累計的秒數。例如：

print(time());  // 輸出 : 1668667291

因此要計算某段程式的執行時間可以這麼做：

$startTime = time(); // 開始時間

for($i = 0; $i < 100000; $i++){
    $i++;
}
$endTime = time(); // 結束時間

print($endTime - $startTime); // 0

如上面的的例子，因為簡單的加法對 PHP 來說是非常快速的運算（其實對任何語言應該都是吧），所以跑 100,000 次所需的時間不到 1 秒，因此結果是 0 秒。如果我們讓次數增加到 1,000,000,000 次：

$startTime = time(); // 開始時間

for($i = 0; $i < 1000000000; $i++){
    $i++;
}
$endTime = time(); // 結束時間

print($endTime - $startTime); // 輸出: 1

現在我們看到結果是 1 秒，可以看到簡單的加法跑了十億次才花了 1 秒多。

看到這邊我們會發現一個小問題，很多程式其實並不會執行超過一秒，如果都使用 time() 來測量的話結果都會是 0，那就比較不出差異了，總不能每次都讓他們跑一千次吧？因此只能用秒來計算時間是不夠用的，精密度不夠，也就是因為這樣，其實大部分的時候我會使用 microtime()來做測量。

microtime()

microtime() 的一樣回傳的是 Unix Timestamp，但精準度會來到微秒，如果不知道微秒的大小，這邊稍微科普一下，微秒是 10^-6 秒，也就是 0.000001 秒，而毫秒則是 10^-3 秒，也就是 0.001 秒。

而 microtime() 需要一個參數，這個參數決定是否回傳浮點數，預設是 fasle，會回傳字串，若傳 true 則會回傳浮點數。例如：

<?php 
var_dump(microtime(false)); // 輸出: string(21) "0.71466000 1668671090"
var_dump(microtime(true)); // 輸出: float(1668671090.714438)

習慣上我們會帶 true 使用浮點數，這樣計算上比較方便。那可以看到上面的範例的回傳值，整數的部分仍然是秒數，小數點以下六位數則是準確到微秒。現在我們實際拿 microtime() 來進行測量：

<?php 
$startTime = microtime(true); // 開始時間

for($i = 0; $i < 100000; $i++){
    $i++;
}

$endTime = microtime(true); // 結束時間

print(round($endTime - $startTime, 6)); // 輸出: 0.000305 (秒)

print(PHP_EOL);

print(round(($endTime - $startTime) * 1000000)); // 轉換成微秒，輸出: 305 (微秒)

這邊我們一樣用前面的簡單加法，跑了十萬次，這一次我們可以看到實際的執行時間了，以這次為例子，跑了 0.000305秒，也就是 305 微秒。

hrtime()

最後，如果我們不滿足於微秒的話，在 PHP 7.3 以後，提供了 hrtime()，它回傳的的不是 UNIX TIMESTAMP，而是系統的高解析度時間 (high resolution time)，它的精準度來到了奈秒 (10^-9 秒)。

hrtime() 用法與 microtime() 類似，也需要一個參數，這個參數決定是否回傳數字，而這個回傳的這個數字本身就是奈秒，如果傳 false 則會回傳一個陣列，格式是 [秒, 奈秒]。一樣會習慣傳 true 方便計算。

<?php 
$startTimeMi = microtime(true); // micro 開始時間 
$startTimeHr = hrtime(true); // hr 開始時間

for($i = 0; $i < 100000; $i++){
    $i++;
}

$endTimeHr = hrtime(true); // hr 結束時間
$endTimeMi = microtime(true); // micro 結束時間 

var_dump(round($endTimeMi - $startTimeMi, 6)); // 輸出: 0.000314 秒
var_dump($endTimeHr - $startTimeHr); // 輸出: 299984 奈秒