这代码居然有差别？CPU友好的代码该这样写(4)-阿里云开发者社区

这代码居然有差别？CPU友好的代码该这样写(4)

2023-11-06 42

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简介： 这代码居然有差别？CPU友好的代码该这样写

三、总结

再来回顾一下我们之前的问题。

C代码块是横向优先的访问方式。

A代码块里面对 arrays_A 的方式是横向顺序访问的，但是在处理 arrays_B 的时候就是纵向遍历的。

B代码块所有的访问都是纵向的（不友好的遍历方式）。因为发挥不出CPU缓存的效果，所以性能最差。

Java的二维数组在内存里面是行连续的，但是行与行之间不一定连续。CPU在缓存大小有限的情况下，不可能把所有的数据都缓存下来。再加上每一层级访问速度的硬件限制，就导致了上面的性能结果。

相信大家也和我一样，知道原理之后，也不是那么迷惑了。

在实际的业务环境中，我们不一定能遇到这种纯计算的场景。但是我们还是应该尽量顺序访问数据，不管是什么样的数据。投其所好，方能够优化代码性能。

其次，我们在访问数据的时候，还是需要了解各种语言背后实际的存储结构和CPU的缓存原理，本次是讲述的是Java，但是这个思想其他语言其实也是受用的。

四、附件

4.1 运行的环境

系统参数：

JMH version: 1.36

VM version: JDK 11.0.13, Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM, 11.0.13+10-LTS-370

JMH version: 1.36
VM version: JDK 11.0.13，Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM，11.0.13+10-
型号名称:MacBook Pro
型号标识符:MacBookPro15,2
处理器名称:四核Intel Core i5
处理器速度: 2.4 GHz
处理器数目: 1
核总数: 4
L2缓存 (每个核) : 256 KB
L3缓存:6 MB
超线程技术:已启用
内存:16 GB
系统固件版本: 1715.60.5.0.0 (iBridge: 19.16.10647.0.0,0)

4.2 整个benchmark的java代码

ArrayTestBenchmark

import org.openjdk.jmh.annotations.*;
/**
*矩阵C=AB 的计算
*
* @author wzj*
* @date 2023/02/09
*/
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@State(value = Scope.Benchmark)
// 预热3次
@Warmup(iterations = 3, time = 1)
// 循环 10 次
@Measurement(iterations = 10， time = 1)
public class ArrayTestBenchmark {
private final int N = 1000;
private final int[][] arrays_A = new int[N][N];
private final int[][] arrays B = new int[N][N];
@Setup
public void setUp() {
for (int i=; i< N; i++) {
for (int j =0; j< N; j++) {
arrays_A[i][j] = i + j;
arrays B[i][jl = i + j;
}
}
}
@Benchmark
public void ijk() {
final int[][] arrays_C = new int[N] [N];
for (int i=0; i<N; i++) {
for (int j=0; j < N; j++) {
int sum = 0;
for (int k=0; k < N; k++){
sum += arrays A[i][k] * arrays B[k][j];
}
arrays_C[i][j] += sum;
}
}
assert arrays_C.length > 0;
}
@Benchmark
public void jik(){
final int[][] arrays_C = new int[N][N];
for (int j =@; j< N; j++) {
for (int i=@; i< N; i++) {
int sum = 0;
for (int k =; k< N; k++) {
sum += arrays A[i][k] * arrays B[k][j];
}
arrays_C[i][j] += sum;
}
}
assert arrays_C.length > 0;
}
@Benchmark
public void jki() {
final int[][] arrays_C = new int[N][N];
for (int j =; j < N; j++){
for (int k =0; k< N; k++) {
int r_B = arrays_B[k][j];
for (int i=@; i< N; i++) {
arrays_C[i][j] += arrays_A[i][k] * r_B;
}
}
}
assert arrays_C.length > 0;
}
@Benchmark
public void kji() {
final int[][] arrays_C = new int[N] [N];
for (int k =o; k < N; k++) {
for (int j =@; j < N; j++) {
int r_B = arrays_B[k][j];
for (int i=0; i< N; i++) {
arrays_C[i][j] += arrays A[i][k] * r_B;
}
}
}
assert arrays C.length > 0;
}
@Benchmark
public void kij() {
final int[][] arrays C = new int[N][N];
for (int k =; k < N; k++) {
for (int i=0; i < N; i++) {
int r A = arrays A[k][i];
for (int j=0; j <N; j++) {
arrays_C[i][j] += r_A * arrays_B[k][j];
}
}
}
assert arrays C.length > 0;
}
@Benchmark
public void ikj() {
final int[][] arrays_C = new int[N][N];
for (int i=0; i< N; i++) {
for (int k =o; k < N; k++) {
int r_A = arrays A[k][i];
for (int j =@; j < N; j++) {
arrays_C[i][j] += r_A *arrays_B[k][j];
}
}
}
assert arrays_C.length > 0;
}
}