最近一個客戶提問說，我的系統(tǒng)順序執(zhí)行不是也很快嘛，為什么要并發(fā)來執(zhí)行呢？
這個問題初看很簡單，我仔細想了一下，其實不太容易回答，尤其是現(xiàn)在高級語言越來越多，導致開發(fā)人員對系統(tǒng)的理解比較困難。其實就是對系統(tǒng)的性能理解存在很多偏差。
第一個問題，程序執(zhí)行時間，是如何來計算的？我們知道，當前的系統(tǒng)幾乎都是馮諾依曼架構(gòu)的，它順序的執(zhí)行指令（也就是程序編譯完成的結(jié)果），來完成一個一個的功能。每一條指令，執(zhí)行的時候，都包含了幾個時鐘周期。比如，一個指令可能包含1個時鐘周期，也可能包含多個。所謂時鐘，就是我們經(jīng)?？吹降?，你的電腦的主頻，其實是cpu主頻，是多少G的，就是一秒鐘有多少個時鐘周期。假設你的代碼要執(zhí)行5萬條指令，平均每條指令有2個時鐘周期，那么執(zhí)行完成這一段代碼，就需要10萬個時鐘周期，再根據(jù)主頻，我們就能夠知道，需要多少時間了。
第二個問題，為什么并發(fā)執(zhí)行速度更快？其實有幾個原因：1）我們的cpu是多內(nèi)核多線程的。每個線程可以獨立執(zhí)行一個指令序列。比如16線程的cpu，可以同時執(zhí)行16段代碼，如果你的代碼只允許單個執(zhí)行，那么只使用了1個線程，其他的15個在“休息”，當然不夠快。如果你讓它同時跑16并發(fā)，肯定能夠得到更快的執(zhí)行速度。2）操作系統(tǒng)調(diào)度。我們知道，當執(zhí)行代碼的時候，比如你遇到一個通訊代碼，要從一個“句柄”中讀取信息，那么這個程序就會陷入等待狀態(tài)，操作系統(tǒng)就會“掛起”它，直到這個信息發(fā)過來，觸發(fā)了一個“中斷”，來喚醒了這個代碼，讓它繼續(xù)執(zhí)行。當代碼被掛起，其實操作系統(tǒng)就可以安排其他的程序進來執(zhí)行。所以，雖然你的cpu有16線程，但是它可以執(zhí)行更多的并發(fā)。
第三個問題，為什么有的代碼，看起來長度差不多，但是卻很慢？我們知道，程序代碼如果使用了“系統(tǒng)調(diào)用”，那么其實這個功能是操作系統(tǒng)提供的，會進入操作系統(tǒng)的另外一個狀態(tài)，導致執(zhí)行了一大堆你看不到的代碼。如果你的代碼沒有系統(tǒng)調(diào)用，原則上可以比使用系統(tǒng)調(diào)用的代碼跑的更快。舉個例子，比如你的代碼用到了動態(tài)內(nèi)存，這個內(nèi)存從哪里來呢？從操作系統(tǒng)的“堆”來，那么就要去操作系統(tǒng)的“堆”申請一片內(nèi)存。如果你想讓它很快，那么你可以開一片大的內(nèi)存在本程序內(nèi)，一般使用局部變量。局部變量開在哪里？一般在“棧”里面。你會發(fā)現(xiàn)，性能提升了非常多。
以上，我們解釋了，程序執(zhí)行占用cpu和時間的問題，以及為什么并發(fā)執(zhí)行的代碼往往會效率更高。當然，如果你的并發(fā)設置的過高，也會起反作用：由于cpu線程的頻繁調(diào)度導致性能下降。
下面我們說一下，如何優(yōu)化代碼。首先，要優(yōu)化單個代碼的執(zhí)行速度，就是縮短執(zhí)行時間。比如，一段代碼原來執(zhí)行一次，需要2秒。如果你優(yōu)化到0.2秒（就是200毫秒），那么速度就提升了10倍。代碼優(yōu)化，主要的就是算法，減少指令執(zhí)行條數(shù)，避免循環(huán)嵌套、甚至循環(huán)展開。技術(shù)手段很多，有興趣可以自己搜索研究。
當單個的代碼執(zhí)行速度提升，我們就可以通過性能測試工具（比如澤眾performanceRunner性能測試工具）來并發(fā)執(zhí)行，看看在大并發(fā)之下，會不會由于資源沖突或者競爭導致的性能急速下降。單獨執(zhí)行速度快的代碼，也可能在一定并發(fā)到達之后，忽然慢下來的。比如，你的數(shù)據(jù)庫沒有索引。
這篇文章的目的是幫助我們理解，什么是性能，從cpu和指令的角度看，如何看待執(zhí)行速度。
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