缓存命中

记录我了解的一点点关于缓存命中的知识。
链接: 参考文章链接，大佬的文章，偏底层，我是小白读不懂
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内存分布和多级缓存

我们了解最清楚的计算机的储存设备就是硬盘了，那么硬盘和平时所说的CPU之间有什么关系呢？如下图所示，计算机拥有层次分明的储存和运算结构。

在图中所示的金字塔结构中，越往上的硬件存取数据的速度和计算的速度越快，但是所需要付出的代价也越大。CPU，123级高速缓存和主存，虽然运算速度极快，但是只能在通电的时候使用，当失去电源时，这几个缓存中的数据就会被清空，我们在关机时，未关闭的程序会提示保存就是这个原因，如果不将缓存中的数据保存到磁盘中，断电后这些数据就会消失，再也找不到了。往下的本地二级储存（磁盘）和远程储存服务（比如将文件保存在某个网盘上），即使计算机没有通电也能够保存数据，保存在磁盘上的数据，理论上磁盘不坏，就能将之读取出来。
计算机的三级缓存结构，如图计算机拥有3个高速缓存，老式的CPU可能只有2个。在计算机计算过程中，每一级的储存器都只保存从下一级取出的数据，也就是说，当我们进行某个计算的时候，主存首先去本地磁盘里把需要的数据取出来，如果需要更快的算力，高速缓存L3就会去主存里取数据进行计算，当需要比L3更高的算力时，L2就会去L3里面取出数据进行计算，而作为最高级的寄存器，处理的都是高速运算。
虽然等级越高的硬件运算速度越快，但是容积也越小，成本也越高，L1/L2的大小基本上也就是KB级别的，L3会是MB级别的。例如：Intel Core i7-8700K ，是一个6核的CPU，每核上的L1是64KB（数据和指令各32KB)，L2 是 256K，L3有2MB。

缓存命中

由于一些硬件上的原因，上级硬件从下级硬件中加载数据并不是一个字节一个字节的加载，而是一次加载一块内存连续区域的数据，一般来说，一个主流的CPU一次加载是 64 Bytes（也有的CPU用32Bytes和128Bytes），64Bytes也就是16个32位的整型，这就是CPU从内存中捞数据上来的最小数据单位。
那么缓存命中是什么意思呢？简单的说，CPU在计算之前，会先去寻找需要的数据在不在CPU中，如果需要的数据在，就叫缓存命中，如果不在，就叫缓存不命中。
具体我们画图来了解：
假如CPU此时需要进行a+b运算

• 情况1

根据顺序，CPU需要先找到a，先检查自身，发现a不在自身缓存中，此时就叫a缓存不命中

a缓存不命中时，cpu去下级缓存中寻找a的地址，并将从该地址开始的64个字节的数据都加载到自身缓存中

找到a后，CPU还需要b的数据，先检查自身，发现b在自身缓存中，此时就叫b缓存命中

• 情况2

先前的a和b在相邻的64个字节内，所以CPU将a加载的同时也将b加载了，后续就不用再加载一次b，节省了一次加载数据的时间。但要是a和b的地址相差了64个字节以上呢？那么加载了a之后，b仍然缓存不命中。

CPU需要再加载一次，才能进行运算

缓存命中与线性表

知道了缓存命中的机制之后，我们很容易明白，想要加快运算速度，提高缓存命中率也是一个重要手段（毕竟加载数据耗时），这时就可以延申到线性表的两种经典结构，顺序结构和链式结构了。
顺序结构的数据都在地址连续的空间上，加载时缓存命中率肯定会高于地址随机分布在堆中的链表，所以顺序表相对于链表还有一个优点就是缓存命中率高。

以上就是我关于缓存命中率的一些了解了，能力有限，能了解的底层知识不多，以后有能力了再补充。