一个操作让数组处理速度快了5倍，到底是为什么-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了一个操作让数组处理速度快了5倍，到底是为什么。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

概述：通过对数组进行排序，代码更好地利用了缓存，从而提高了程序的性能。这种现象通常被称为"缓存友好"（cache-friendly）或"空间局部性"（spatial locality）

今天做一个数组数据计算时，发现一个效率问题，给大家分享一下一个数组排序和不排序时同样的逻辑处理速度是不一样的。排序后速度快了近5倍，上图：

再来说明原因：

这段代码之所以在排序后运行更快，是因为它利用了现代计算机体系结构中的一个优化：CPU缓存。

在主循环中，对data数组的访问是顺序的，即按照数组元素的顺序依次访问。在没有排序的情况下，由于数组的内存布局是随机的，这可能导致对内存的随机访问，而这种随机访问可能导致较多的缓存缺失（cache misses）。

而在经过排序之后，数组的元素被重新排列，使得相邻元素的值更加接近。这就意味着在主循环中，对数组的访问会更加连续，这有助于提高缓存的命中率（cache hit rate）。高缓存命中率意味着CPU可以更快地获取数据，而不必等待缓慢的主内存。这对于循环中的迭代非常重要，因为它会不断地访问数组的不同部分。

通过对数组进行排序，代码更好地利用了缓存，从而提高了程序的性能。这种现象通常被称为"缓存友好"（cache-friendly）或"空间局部性"（spatial locality）。

然后来看看实际测试代码,不排序测试：

        static void Main()
        {
            double elapsedTime = Test1();
            double elapsedTime2 = Test2();

            Console.WriteLine($"排序前后：Test1/Test2={(double)(elapsedTime / elapsedTime2)}");
            Console.ReadKey();
        }

        /// <summary>
        /// 不排序测试
        /// </summary>
        static double Test1()
        {
            // 生成数据
            const int arraySize = 32768;
            int[] data = new int[arraySize];
            Random rand = new Random();

            for (int c = 0; c < arraySize; ++c)
                data[c] = rand.Next(256);  // 生成0-255的随机数

            // 测试
            Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
            stopwatch.Start();

            long sum = 0;
            for (int i = 0; i < 100000; ++i)
            {
                for (int c = 0; c < arraySize; ++c)
                {   // 主循环
                    if (data[c] >= 128)
                        sum += data[c];  // 如果数据大于等于128，则加到总和中
                }
            }

            stopwatch.Stop();
            double elapsedTime = stopwatch.ElapsedMilliseconds;  // 计算所花费的时间

            Console.WriteLine($"不排序效果：用时{elapsedTime}毫秒");  // 输出所花费的时间
            Console.WriteLine("sum = " + sum);  // 输出总和
            Console.WriteLine();
            return elapsedTime;
        }

排序后的测试代码：

        /// <summary>
        /// 排序测试
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        static double Test2()
        {
            // 生成数据
            const int arraySize = 32768;
            int[] data = new int[arraySize];
            Random rand = new Random();

            for (int c = 0; c < arraySize; ++c)
                data[c] = rand.Next(256);  // 生成0-255的随机数


            double elapsedTime = 0;
            // 测试
            Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
            stopwatch.Start();

            // 对数据进行排序，这样下一个循环会运行得更快
            Array.Sort(data);
            stopwatch.Stop();
            elapsedTime = stopwatch.ElapsedMilliseconds;  // 计算所花费的时间
            stopwatch.Restart();

            long sum = 0;
            for (int i = 0; i < 100000; ++i)
            {
                for (int c = 0; c < arraySize; ++c)
                {   // 主循环
                    if (data[c] >= 128)
                        sum += data[c];  // 如果数据大于等于128，则加到总和中
                }
            }

            stopwatch.Stop();
            double elapsedTime2 = stopwatch.ElapsedMilliseconds;  // 计算所花费的时间

            double elapsedTime3 = (elapsedTime + elapsedTime2);

            Console.WriteLine($"排序后效果：排序用时{elapsedTime}毫秒，计算用时:{elapsedTime2}毫秒,合计用时：{(elapsedTime3)}毫秒");  // 输出所花费的时间
            Console.WriteLine("sum = " + sum);  // 输出总和
            Console.WriteLine();

            return elapsedTime3;
        }

大家在Java、C++、Python是不是也遇到过类似的问题。

源代码获取：https://pan.baidu.com/s/1vm6faDdFFGFEmvpLMPATcQ?pwd=6666

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