「命中」Cpu缓存命中与未命中区别java演示

命中

1.1 cpu缓存

在现代计算机当中，CPU是大脑，最终都是由它来执行所有的运算。而内存(RAM)则是血液，存放着运行的数据；但是，由于CPU和内存之间的工作频率不同，CPU如果直接去访问内存的话，系统性能将会受到很大的影响，所以在CPU和内存之间加入了三级缓存，分别是L1、L2、L3。

当CPU执行运算时，它首先会去L1缓存中查找数据，找到则返回；如果L1中不存在，则去L2中查找，找到即返回；如果L2中不存在，则去L3中查找，查到即返回。如果三级缓存中都不存在，最终会去内存中查找。对于CPU来说，走得越远，就越消耗时间，拖累性能。

在三级缓存中，越靠近CPU的缓存，速度越快，容量也越小，所以L1缓存是最快的，当然制作的成本也是最高的，其次是L2、L3。

CPU频率，就是CPU运算时的工作的频率（1秒内发生的同步脉冲数）的简称，单位是Hz。主频由过去MHZ发展到了当前的GHZ（1GHZ=103MHZ=106KHZ= 10^9HZ）。

内存频率和CPU频率一样，习惯上被用来表示内存的速度，内存频率是以MHz（兆赫）为单位来计量的。目前较为主流的内存频率1066MHz、1333MHz、1600MHz的DDR3内存，2133MHz、2400MHz、2666MHz、2800MHz、3000MHz、3200MHz的DDR4内存。

可以看得出，如果CPU直接访问内存，是一件相当耗时的操作。

1.2 缓存行

当数据被加载到三级缓存中，它是以缓存行的形式存在的，不是一个单独的项，也不是单独的指针。

在CPU缓存中，数据是以缓存行(cache line)为单位进行存储的，每个缓存行的大小一般为32--256个字节，常用CPU中缓存行的大小是64字节；CPU每次从内存中读取数据的时候，会将相邻的数据也一并读取到缓存中，填充整个缓存行；

可想而知，当我们遍历数组的时候，CPU遍历第一个元素时，与之相邻的元素也会被加载到了缓存中，对于后续的遍历来说，CPU在缓存中找到了对应的数据，不需要再去内存中查找，效率得到了巨大的提升；

但是，在多线程环境中，也会出现伪共享的情况，造成程序性能的降低，堪称无形的性能杀手；










/**
 * @描述  64位机，一个对象大头16 个字节，一个 long 类型 8个字节 6*8 +16 = 64个字节 占满一个缓存
 * @参数 $   CPU缓存中，数据是以缓存行(cache line)为单位进行存储
 * @返回值 $
 * @创建人 
 * @创建时间 $
 * @修改人和其它信息
 */
public class CacheTest {



    ///数足够大才能 体现，数据小的时候 结果相反 因为其它数据会被加载导 一级 二级 缓存，导致结果相反。
    public  static   int  length = 1024*1024;
    public static  long  [][] longs;


    public static void  main(String  []args) throws InterruptedException {
        //休眠3秒加载静态文件
        Thread.sleep(3000);

        longs = new long[length][];
        for (int i = 0 ; i < length ; i++){
            longs[i] = new long[6];
            for (int j = 0 ; j < 6 ;j++){
                longs[i][j] = 1l;
            }
        }
        hitCache();
        catchMiss();

    }

    /**
     * 演示缓存命中
     */
    public static void hitCache(){
        long start = System.nanoTime();

        int sum = 0;
        for (int x = 0 ; x < length ; x ++){
            for (int y = 0 ; y<6 ; y++ ){
                sum += longs[x][y];
            }
        }
        System.out.print("hitCache: ");
        System.out.println(System.nanoTime() - start);

    }

    /**
     * 缓存位未命中
     */
    public static void catchMiss(){
        long start  = System.nanoTime();
        int sum = 0;
        for (int y = 0 ; y < 6; y++){
            for (int x = 0 ; x<length ; x++){
                sum += longs[x][y];
            }
        }
        System.out.print("catchMiss: ");
        System.out.println(System.nanoTime()  - start);


    }



}

参考博客：https://www.jianshu.com/p/1309dd03f81a

Cpu缓存命中与未命中区别java演示

命中

1.1 cpu缓存

1.2 缓存行

相关阅读

栏目导航

推荐阅读

热门阅读