java - CPU缓存在C编程中无效？

Question

这是Linux/GUN下的C程序:

#include<stdio.h>
#include<sys/time.h>
#define Max 1024*1024

int main()
{
    struct timeval start,end;
    long int dis;
    int i;
    int m=0;
    int a[Max];
    gettimeofday(&start,NULL);
    for(i=0;i<Max;i += 1){
            a[Max] *= 3;    
    }   
    gettimeofday(&end,NULL);
    dis = end.tv_usec - start.tv_usec;
    printf("time1: %ld\n",dis);

    gettimeofday(&start,NULL);
    for(i=0;i<Max;i += 16){
            a[Max] *= 3;
    }
    gettimeofday(&end,NULL);
    dis = end.tv_usec - start.tv_usec;
    printf("time2: %ld\n",dis);

    return 0;
}

输出:

时间 1: 7074

时间 2: 234

距离很远

这个 Java 程序:

public class Cache1 {
public static void main(String[] args){
    int a[] = new int[1024*1024*64];

    long  time1 = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<a.length;i++){
        a[i] *= 3;
    } 
    long time2 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(time2 - time1);

    time1 = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<a.length;i += 16){
        a[i] *= 3;
    }
    time2 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(time2 - time1);
}
}

输出:

92

82

几乎是一样的

与 CPU 缓存。为什么他们有这么大的差异？ Cpu Cache在C编程中无效？

Answer 1

我希望您意识到这些测试中时间单位的差异是 10^3。 C 代码比 Java 代码快一个数量级。

在 C 代码中应该有 a[i] 而不是 a[Max]。

至于缓存:由于您在 C 代码中只访问一个内存位置(这会触发未定义的行为)，因此您的 C 测试完全无效。

即使它是正确的，你的方法也有缺陷。 C 编译器很可能完全跳过了乘法运算甚至整个循环，因为它们的结果完全无关。

第一次运行时间较长而第二次运行时间较短的结果是预期的。无论如何都必须将数据加载到缓存中，这需要时间。加载后，对该数据的操作将花费更少的时间。

Java 可能根本不使用缓存(不太可能)，或者甚至在执行循环之前就将整个数组预加载到缓存中。这可以解释相等的执行时间。