Node.js에서 고정밀 시간 측정: 최고의 공략

Node.js 코드의 실행 시간을 테스트하려고 할 때 어떤 타이밍 함수를 선택하시겠습니까? 일반적으로 가장 먼저 떠오르는 옵션은 Date.now 또는 Date.getTime입니다.

결론부터 말씀드리자면:

Node.js 프로그램에서는 process.hrtime을 우선시하고 그 다음으로 performance.now, 마지막으로 Date.now를 사용하십시오.

이러한 선호도는 정확도 및 클록 동기화를 고려한 것입니다.

설명

Date.now의 제한 사항

1. 반환된 시간의 정확도는 밀리초 수준(10^-3)이며, 이는use case에 따라 충분하지 않습니다.
2. 시스템 시간에 영향을 받으며 다른 소프트웨어의 조정에 영향을 받을 수 있습니다.

더 높은 정확도와 시스템 시간으로부터의 독립성을 확보하기 위해 W3C는 High Resolution Time Level 2 표준을 설정했습니다. 6. Monotonic Clock 섹션에서는 표준을 준수하는 구현이 "monotonic" 글로벌 시스템 클록을 제공해야 한다고 명시합니다.

이 표준은 performance 객체를 통해 Node.js와 브라우저 모두에 구현되었습니다. performance.now를 사용하여 시작점을 기준으로 타임스탬프를 얻을 수 있으며, 다음과 같은 특징이 있습니다.

1. JavaScript의 다른 시간 관련 함수(예: Date.now)와 달리 performance.now()는 부동 소수점 숫자를 반환하여 마이크로초(10^-6) 정확도를 달성합니다.
2. 시간은 일정한 속도로 증가하며 시스템 시간 조정(예: 다른 소프트웨어에 의한 변경)에 영향을 받지 않습니다.
3. 표준 정의에 따라 performance.now()는 클록 드리프트를 허용합니다.

클록 드리프트에 대한 간단한 참고 사항

클록 드리프트는 여러 독립적인 클록을 정렬하는 것을 목표로 하는 클록 동기화의 개념에서 발생합니다. 실제로 동기화 후에도 클록은 틱 속도의 약간의 차이로 인해 시간이 지남에 따라 드리프트되어 표시되는 시간이 달라질 수 있습니다.

더 정확한 클록이 있습니까?

예, Node.js에는 process.hrtime 메서드가 있습니다.

• Node.js v0.7.6에 도입되었으며 호환성이 뛰어납니다(현재 버전은 이미 v22 LTS).
• 나노초(10^-9) 정확도를 제공합니다.
• 클록 드리프트에 영향을 받지 않습니다.

process.hrtime 메서드는 시간 간격을 측정하도록 특별히 설계되었습니다.

참고: 브라우저 환경에서는 hrtime을 지원하지 않으므로 브라우저에서 달성할 수 있는 가장 좋은 정확도는 performance.now를 통한 마이크로초 수준입니다(브라우저 간 구현에 따라 다름).

그러나 process.hrtime을 사용하려면 사용법에 주의해야 합니다. 첫 번째 호출은 time 값을 반환하며, 이 값은 후속 호출의 입력 매개변수로 사용해야 합니다.

const NS_PER_SEC = 1e9;
const time = process.hrtime(); // 첫 번째 호출, 초기 `time` 변수 반환
// [ 1800216, 25 ]

setTimeout(() => {
  const diff = process.hrtime(time); // 시간 차이를 계산하기 위해 두 번째 호출에 대해 처음 반환된 `time`을 입력으로 사용합니다.
  // [ 1, 552 ]

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

이것으로 주요 내용이 마무리되고 자연스럽게 이 섹션의 시작 부분에 있는 결론으로 이어집니다.

추가 참고 사항

hrtime.bigint 메서드를 사용할 수도 있습니다. 이것은 process.hrtime의 BigInt 기반 버전입니다(BigInt 지원은 v10.4에서 도입됨). 현재의 고정밀 실제 시간을 제공합니다.

이 메서드는 추가적인 time 입력 매개변수가 필요하지 않기 때문에 process.hrtime보다 편리합니다. 두 번의 호출 결과를 빼기만 하면 시간 차이를 계산할 수 있습니다.

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

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

  console.log(`Benchmark took ${end - start} nanoseconds`);
  // Benchmark took 1154389282 nanoseconds
}, 1000);

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