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【Python time】入门：从使用sleep等待到通过perf_counter精确计时

要在电脑上通过命令提示符或 PowerShell 运行 Python，需要先下载并安装 Python。
如果你还没有安装，请参考Python安装与开发环境配置一文来完成安装。

你好！我是一位与AI一同学习编程，并用一个半月时间创建了两个网站的专家。就在几个月前，我和大家一样，也是一个编程知识为零的初学者。

在学习Python的过程中，你是否经常在AI生成的代码或其他人的示例代码中看到 `import time` 这行描述？可能很多人会觉得，“又看到 `time` 了，这到底能做什么？”“只是用来停止或测量时间的吗？”

在本文中，我将结合自己实际遇到的困难，用通俗易懂的方式为初学者详细解读 `time` 模块。特别是，我们将重点关注在网站制作和数据收集中必不可少的“暂停处理（休眠）”方法和“精确测量处理所用时间”的方法。读完本文后，你应该就能自如地操控 `time` 模块了！

1. 为什么需要操作“时间”？——等待的重要性

你是否认为程序运行得越快越好？实际上，在某些情况下，“刻意等待”变得非常重要。我将介绍两个我在开发网站时遇到的具体案例。

案例1：从网站收集信息（网络爬虫）

当我们试图自动从某个网站收集信息时，程序会以人类无法想象的速度连续访问页面。这样一来，短时间内会有大量访问集中到对方服务器，造成巨大负担。这就像一大群人涌入商店妨碍营业一样。在最坏的情况下，我们的访问可能会被屏蔽。

这时，“等待”的技术就派上用场了。通过在访问一个页面后等待几秒钟的处理，可以大幅减轻服务器的负担，从而实现有礼貌的信息收集。

案例2：使用API

在使用提供天气信息、地图信息等的外部服务（API）时，“时间”管理也必不可少。许多API都设有使用次数限制（速率限制），例如“每分钟最多60次”。如果发送的请求超过此限制，服务可能会暂时无法使用，或者返回错误。

在这里，同样通过每次发送请求后等待一定时间，就可以将请求次数控制在限制范围内。

像这样，在程序中设置有意的“等待时间”的处理被称为休眠处理。而在Python中最简单实现这一功能的就是 `time.sleep()` 函数。

2. 精准等待！使用 `time.sleep()` 暂停处理

`time.sleep()` 是一个非常简单的函数，它能让程序的执行暂停指定的秒数。让我们先来看看它的基本用法。

以下代码是一个简单的示例，它会先显示“开始处理。”，然后在3秒后显示“3秒过去了。处理结束。”。请复制粘贴到你的环境中运行一下，这样你就能体会到“等待”的感觉了。 


# 导入time模块
import time

print("开始处理。")

# 暂停处理3秒钟
time.sleep(3)

print("3秒过去了。处理结束。")

参数也可以指定小数，如0.5（0.5秒）或0.1（100毫秒）。这使得更精细的时间控制成为可能。 


import time

print("只等待0.5秒。")

# 暂停处理0.5秒钟
time.sleep(0.5)

print("完成！")

与循环处理结合使用，可以轻松创建定期执行某项任务的程序。例如，一个每秒倒计时的程序如下所示。 


import time

print("倒计时开始！")

for i in range(5, 0, -1):
    print(i)
    # 等待1秒
    time.sleep(1)

print("发射！")

3. 秒表功能！如何精确测量处理时间

`time` 模块的另一个重要作用是测量处理时间。了解自己代码的哪一部分耗时较长，是性能优化的第一步。

当你感觉“这个处理有点慢……”时，重要的是通过实际测量时间来确定瓶颈，而不是凭感觉判断。

新手常犯的错误方法: `time.time()`

测量时间最基本的方法是在处理开始前和结束后调用 `time.time()`，然后计算它们的差值。`time.time()` 返回自“UNIX纪元”（1970年1月1日0时0分0秒）以来的秒数。 


import time

# 记录处理开始前的时间
start_time = time.time()

# 在这里写下你想要测量时间的处理
# 举例来说，我们放入一个等待1秒的处理
print("执行测量中的处理...")
time.sleep(1)
print("处理完成。")

# 记录处理结束后的时间
end_time = time.time()

# 计算并显示经过的时间
elapsed_time = end_time - start_time
print(f"处理所用时间: {elapsed_time} 秒")

【我的失败谈】`time.time()`的陷阱

实际上，这个 `time.time()` 虽然方便，但有一个很大的陷阱。那就是，它会受到PC系统时间变更的影响。

在我刚开始学习的时候，也曾用 `time.time()` 来测量耗时较长的处理。但是，在处理过程中，PC自动进行了时间校准（NTP同步），导致得出的结果与实际处理时间完全不同，非常奇怪。例如，如果在处理过程中系统时间倒退了1秒，那么计算出的经过时间就会减少1秒。这样是无法进行准确测量的，对吧？

于是，更可靠的时间测量方法就登场了。

专业人士使用的方法: `time.perf_counter()`

`time.perf_counter()`（performance counter的缩写）是一个专门用于测量短时间间隔的函数，正如其名，非常适合测量处理时间。该函数返回的值不是具体的“时刻”，而是操作系统提供的精度最高的单调递增时间。

“单调递增”是关键点，这意味着即使PC的系统时间发生变更，它也绝不会倒退。因此，即使在处理过程中发生时间同步，也不会影响测量结果。

在Python的官方文档中，也推荐使用 `perf_counter()` 来测量处理时间。

其用法与 `time.time()` 完全相同。 


import time

# 记录处理开始前的计数器值
start_counter = time.perf_counter()

# 在这里写下你想要测量时间的处理
print("执行测量中的处理...")
total = 0
for i in range(10000000): # 一个耗时处理的例子
    total += i
print("处理完成。")

# 记录处理结束后的计数器值
end_counter = time.perf_counter()

# 计算并显示经过的时间
elapsed_time = end_counter - start_counter
print(f"处理所用时间: {elapsed_time} 秒")

除非有特殊原因，否则在测量处理时间时，记住使用 `time.perf_counter()` 就绝对不会错！

4. 【应用篇】面向Web创作者！一个完整可运行的HTML计时器

到目前为止，我们已经学习了Python的 `time` 模块。这些在服务器端（后端）运行的程序中非常有用。但是，作为Web创作者，我们希望将结果以用户可见的形式，也就是在网页上展示出来，对吧？

因此，让我们应用Python `time` 模块的思想，用HTML和JavaScript制作一个在浏览器上运行的简单倒计时器。就像Python的 `time.sleep(1)` 是“等待1秒”的命令一样，在JavaScript中，我们可以使用 `setInterval()` 命令来实现“每秒执行一次某事”。

以下代码是一个完整的HTML文件。请复制这段代码，保存为 `timer.html` 这样的文件名，然后在浏览器中打开它。按下按钮后，你应该能看到屏幕上的数字每秒减少。这正是让用户体验“可运行”程序的第一步！ 


<!DOCTYPE html>
<html lang="zh">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>倒计时器</title>
    <style>
        body {
            display: flex;
            justify-content: center;
            align-items: center;
            height: 100vh;
            margin: 0;
            background-color: #121212;
            color: #e0e0e0;
            font-family: sans-serif;
            text-align: center;
        }
        #timer-display {
            font-size: 8rem;
            font-weight: bold;
            color: #669df6;
        }
        button {
            margin-top: 2rem;
            padding: 1rem 2rem;
            font-size: 1.5rem;
            cursor: pointer;
            border: 1px solid #5f6368;
            background-color: transparent;
            color: #8ab4f8;
            border-radius: 5px;
        }
        button:disabled {
            cursor: not-allowed;
            opacity: 0.5;
        }
    </style>
</head>
<body>
    <div>
        <h1>用JavaScript制作倒计时</h1>
        <div id="timer-display">10</div>
        <button id="start-btn">开始</button>
        <p>应用Python time.sleep()的思想！</p>
    </div>

    <script>
        // script标签在这里编写
        const timerDisplay = document.getElementById('timer-display');
        const startButton = document.getElementById('start-btn');
        let timeLeft = 10;
        let timerId = null;

        function startTimer() {
            // 禁用按钮以防止重复点击
            startButton.disabled = true;

            // 每1秒（1000毫秒）执行一次处理
            timerId = setInterval(() => {
                timeLeft--;
                timerDisplay.textContent = timeLeft;

                if (timeLeft <= 0) {
                    clearInterval(timerId); // 停止计时器
                    timerDisplay.textContent = "Go!";
                }
            }, 1000);
        }

        // 当开始按钮被点击时，启动计时器
        startButton.addEventListener('click', startTimer);
    </script>
</body>
</html>

5. 使用 `time` 模块的注意事项总结

最后，让我们再次确认一下使用 `time` 模块时的要点。

总结

这次，我们学习了如何使用Python的 `time` 模块来“等待”和“测量”处理。虽然它看起来是一个不起眼的模块，但在制作实用程序时，它是一个不可或缺且非常强大的工具。

特别是 `time.sleep()` 是一个关系到对他人（服务器）体谅的重要功能，而 `time.perf_counter()` 则关系到对自己（代码性能改进）的体谅。

请活用今天学到的知识，尝试将“时间”这一概念引入到你的程序中。相信你能够创造的东西的范围一定会大大拓宽。

进入下一步

掌握了用 `time` 模块处理时间后，接下来要不要学习一下高效处理数据的便利工具呢？Python中还有很多可以标准使用的强大数据结构。

在下一篇文章中，我们将聚焦于 `collections` 模块，介绍如 `defaultdict` 和 `deque` 这样能让字典（dictionary）和列表（list）更加便利的功能。熟练运用它们，你就能写出更精炼的代码了！

» collections模块中便利的数据结构总结

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