一个操作让数组处理速度快了5倍，到底是为什么
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
