c# - 具有两个 Action 的一个循环 VS 具有一个 Action 的两个循环性能？

Question

我对这个新手问题很感兴趣。

例如我们有两种情况:

1. 我有一个带有两个函数的任意循环。 (While 或 For 无关紧要)。

   for (int i = 0; i < 1000; i++)
   {
       Function_1();
       Function_2();
   }
   

2. 我有两个循环，每个循环有一个 Action 。

   for (int i = 0; i < 1000; i++)
   {
       Function_1();
   }
   
   for (int i = 0; i < 1000; i++)
   {
       Function_2();
   }
   

我知道 first 会工作得更快。

但这两种情况在执行速度上有什么区别呢？ (百分比)

如果最大循环次数增加，性能会降低多少？

在这种情况下，什么(处理器或 RAM)承担更大的负载？

Answer 1

从纯理论的角度来看，两者之间没有区别。无论哪种方式，都是 O(N)，到此为止。

从更实际的角度来看，缓存可以大大改变这个简单的答案。一个人可能比另一个人更有效地使用缓存。不过，这不一定是您展示的第一个。

在真实的(现代)计算机上，它基本上可以解决哪个问题可以更有效地使用缓存。

这又取决于 Function_1 和 Function_2 使用了多少内存。如果 Function_1 和 Function_2 每个都涉及执行相当多的代码，那么它们每个都适合 L1 指令缓存，但它们加起来就不行，那么第二个版本可能会更快。在这种情况下，第一个版本(在两个函数之间交替)每次执行时都必须从主内存加载每个函数，因此您从主内存加载代码约 2000 次。对于第二个，您从内存中加载 Function_1 的代码一次，从缓存中执行 1000 次，然后对 Function_2 执行相同的操作。一共从主存加载 2 次。

在另一个方向，我们假设 Function_1 和 Function_2 的代码都可以放入指令缓存中，但是 Function_1 和 Function_2 对相同的数据进行操作，并且该数据的总量太大，无法放入数据缓存。

这通常会扭转这种情况:在一个数据 block 上执行 Function_1，然后在同一 block 数据上执行 Function_2 只会从内存中加载该数据一次，然后对其进行所有必要的计算，然后加载下一个 block 的数据等等。每个数据 block 仅从主内存加载一次。

在这种情况下，您的代码的第二个版本可能会慢大约 2 倍——它将加载一 block 内存并在其上执行 Function_1。然后它将加载第二个内存块，并在其上执行 Function_1，依此类推。使用 Function_1 处理完所有内存后，它将返回并加载所有相同的内存块以在其上执行 Function_2。

当然，在现代处理器中，也不是那么简单。我们现在经常有 2 或 3 级缓存，通常具有不同的逐出策略。第一级通常分为指令缓存和数据缓存，但您通常也至少有一个统一的级别。这并不能消除上述因素，但会使情况变得更加模糊。

有一个完整的研究领域，例如缓存感知和缓存无关算法，以帮助针对像您这样的情况做出明智的选择。缓存感知排序基于(更详细的版本)模型，如上，选择如何组织计算以适应缓存组织。缓存无视算法更倾向于相对通用的缓存模型，并提供良好的性能，几乎与特定缓存的组织方式无关。