c# Stopwatch.GetTimestamp() 和高精度性能测量

Stopwatch.GetTimestamp() 返回的是底层硬件计时器的滴答数（ticks），单位为未公开起始点以来的整数计数值，需配合 Stopwatch.Frequency 换算为秒或纳秒，不可直接当作时间单位使用。

Stopwatch.GetTimestamp() 返回的是什么单位？

Stopwatch.GetTimestamp() 返回的是一个 long 类型的整数，代表自某个未公开起始点以来的「计时器滴答数（ticks）」，不是毫秒、纳秒，也不是 .NET 的 DateTime 那种 100 纳秒单位。它的实际物理单位取决于底层硬件计时器（通常是 CPU 的高精度性能计数器，如 TSC），所以**不能直接当时间用**，必须配合 Stopwatch.Frequency 换算。

常见错误是把它当成纳秒或直接减完就除 1000 当毫秒——这在大多数现代 Windows 机器上会严重偏大（因为 TSC 频率常是 2–4 GHz，即每秒 20–40 亿次滴答）。

• Stopwatch.Frequency 是每秒多少次 GetTimestamp() 滴答，例如 3_200_000_000
• 两次调用差值 delta 除以 Frequency 才是秒：(double)delta / Stopwatch.Frequency
• 想转纳秒？乘 1_000_000_000： (delta * 1_000_000_000) / Stopwatch.Frequency（注意整数溢出风险）

为什么不用 Stopwatch.ElapsedMilliseconds 测微秒级开销？

Stopwatch.ElapsedMilliseconds 只返回 long，精度固定为毫秒，会直接截断小数部分；而 Stopwatch.Elapsed.TotalMilliseconds 虽是 double，但内部仍基于相同滴答计数，只是做了浮点换算——问题不在它“不准”，而在**默认构造和测量方式容易掩盖抖动**。

真正影响微秒级测量可靠性的，是测量本身引入的噪声：JIT 预热不足、GC 干扰、线程调度、CPU 频率缩放（Intel SpeedStep / AMD Cool'n'Quiet）、甚至测量代码自身执行时间。比如测一个空方法，GetTimestamp() 调用本身的开销可能就占几十纳秒。

• 务必用 Stopwatch.IsHighResolution 确认底层用了 HPET 或 TSC，否则 fallback 到 QueryPerformanceCounter 甚至 GetTickCount64，精度可能只有 10–15ms
• 单次测量毫无意义；至少跑几百到几万次，取中位数或 p95，再减去空循环基线（control baseline）
• 用 Thread.Sleep(0) 或 GC.Collect() 强制干扰后重测，观察方差是否突增——这是判断测量是否被系统干扰的快速信号

如何安全地用 GetTimestamp() 做低开销高频采样？

如果你在写高性能网络库、实时音频处理或游戏逻辑帧统计，需要每帧/每次回调都打点，Stopwatch.Start()/Stop() 的方法调用开销（尤其是检查状态、读寄存器）可能成为瓶颈。GetTimestamp() 是静态、无状态、无锁的，适合内联采样。

private static readonly long _frequency = Stopwatch.Frequency;
private long _startTick;
public void BeginSample() => _startTick = Stopwatch.GetTimestamp();
public double EndSampleInMs()
{
long end = Stopwatch.GetTimestamp();
long delta = end - _startTick;
return (double)delta * 1000.0 / _frequency; // 毫秒，保留小数
}

注意：不要在多线程共享同一个 _startTick 字段；也不要跨线程复用同一实例做 Begin/End —— GetTimestamp() 是线程安全的，但你的字段不是。

• 避免在 try/finally 中调用 EndSampleInMs()，异常路径可能让 _startTick 滞留成脏值
• 如果需长期运行的持续采样（如每毫秒打一次点），考虑用环形缓冲区存原始 long 时间戳，最后统一换算，减少浮点运算次数
• Windows 上若启用了 “Timer resolution” 工具（如 PowerCfg /energy or LatencyMon），可能强制系统使用更低分辨率计时器，IsHighResolution 会返回 false，此时 GetTimestamp() 实际退化为低精度 API

Stopwatch.GetTimestamp() 在 .NET 6+ 跨平台行为差异

.NET 5 开始统一了各平台计时器抽象，但底层实现仍有区别：Linux 默认用 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)，macOS 用 mach_absolute_time()，而 Windows 优先用 RDTSC（带序列化）或 QueryPerformanceCounter。这意味着即使 Frequency 相同，多次调用的抖动特征也不同。

最易被忽略的一点：**某些虚拟机（特别是旧版 Hyper-V 或 VMWare Workstation）会禁用 TSC 或模拟低频计数器，导致 Frequency 只有 10 MHz 甚至更低，且 GetTimestamp() 调用延迟剧烈波动**。这不是 bug，是虚拟化层有意为之的安全/兼容性策略。

• 上线前务必在目标环境运行 Stopwatch.IsHighResolution && Stopwatch.Frequency > 1_000_000 校验
• 容器环境（如 Docker on WSL2）同样受宿主机虚拟化影响，GetTimestamp() 在 WSL2 中实际走的是 Windows 主机的 QPC，但存在额外上下文切换开销
• .NET 7+ 新增 System.Diagnostics.Metrics，对高频指标采集更友好，但底层仍依赖 Stopwatch —— 所以理解 GetTimestamp() 的本质，比换新 API 更关键