1. 名词

Clock Cycle Time

  • 主频的概念大家接触的比较多，而 CPU 的 Clock Cycle Time（时钟周期时间），等于主频的倒数，意思是 CPU 能够识别的最小时间单位，比如说 4G 主频的 CPU 的 Clock Cycle Time 就是 0.25 ns，作为对比，我们墙上挂钟的Cycle Time 是 1s
  • 例如，运行一条加法指令一般需要一个时钟周期时间

CPI

  • 有的指令需要更多的时钟周期时间，所以引出了 CPI （Cycles Per Instruction）指令平均时钟周期数

IPC

  • IPC（Instruction Per Clock Cycle） 即 CPI 的倒数，表示每个时钟周期能够运行的指令数

CPU 执行时间

  • 程序的 CPU 执行时间，即我们前面提到的 user + system 时间，可以用下面的公式来表示

程序 CPU 执行时间 = 指令数 * CPI * Clock Cycle Time

2. 指令重排序优化

事实上，现代处理器会设计为一个时钟周期完成一条执行时间最长的 CPU 指令。为什么这么做呢？可以想到指令
还可以再划分成一个个更小的阶段，例如，每条指令都可以分为： 取指令 - 指令译码 - 执行指令 - 内存访问 - 数据写回 这 5 个阶段
指令重排的前提是，重排指令不能影响结果，例如

  1. // 可以重排的例子
  2. int a = 10; // 指令1
  3. int b = 20; // 指令2
  4. System.out.println( a + b );
  6. // 不能重排的例子
  7. int a = 10; // 指令1
  8. int b = a - 5; // 指令2

3. 高并发情况可能出现的问题

  1. int num = 0;
  2. boolean ready = false;
  4. // 线程1 执行此方法
  5. public void actor1(I_Result r) {
  6.     if(ready) {
  7.         r.r1 = num + num;
  8.     } else {
  9.         r.r1 = 1;
  10.     }
  11. }
  13. // 线程2 执行此方法
  14. public void actor2(I_Result r) {        
  15.     num = 2;
  16.     ready = true;    
  17. }

上述代码的r1最终会有几种结果呢，但是让人没想到的结果还可能会是0
这种情况下是：线程2 执行 ready = true，切换到线程1，进入 if 分支，相加为 0，再切回线程2 执行 num = 2，这就是指令重排可能会导致的情况