PHP:了解分支预测是如何工作的

Question

在阅读了分支预测之后，我试着理解它是如何工作的。

我写了一个基本的测试(下面)。

我认为，在第一个循环php知道如何构造数组并预测条件($items[$i] <= 150000)的结果之后，第二个循环的时间与第一个循环相同，似乎没有从分支预测中受益。

一些问题：

1. 也许php不支持分支预测？
2. 也许我不懂分支预测？
3. 我的考试错了/还有其他性能问题吗？

我的测试：

$count = 300000;
$items = array();
$found = 0;

// build array
for ($i = 0; $i <= $count; $i++) {
    array_push($items, rand(0, $i));
}

// first loop with no predication benefit
// ------------------------------------
$time_start = microtime(true);

for($i = 0; $i <= $count; $i++) {
    $found = ($items[$i] <= 150000) ? $found+1 : $found;
}

$time_end = microtime(true);
$time = $time_end - $time_start;
// ------------------------------------

echo "first loop\r\n";
echo 'Found:'. $found . "\r\n";
echo 'End:'  . $time  . "\r\n";

// reset counter
$found = 0;

// second loop with predication benefit
// ------------------------------------
$time_start = microtime(true);

for($i = 0; $i <= $count; $i++) {
    $found = ($items[$i] <= 150000) ? $found+1 : $found;
}

$time_end = microtime(true);
$time = $time_end - $time_start;
// ------------------------------------

echo "second loop\r\n";
echo 'Found:'. $found . "\r\n";
echo 'End:'  . $time  . "\r\n";

输出

first loop
Found:254052
End:0.093052864074707
second loop
Found:254052
End:0.092923879623413

http://codepad.org/Zni0b5rS

Answer 1

TL;TR

分支预测是一种硬件特性。

在这种情况下，从硬件特性中受益的编程语言是C。(PHP用C编写)。或者真实地说出从PHP的C源编译的机器代码。因此，是的，您已经从分支预测中受益，但这不是您可能想到的方式。

从分支预测中受益的程度要低得多。基本上，您需要知道后续的机器(！)命令在执行之前被加载到CPU的管道中。但是加载命令需要时间。

如果要执行条件跳转命令，则如果条件计算为真，则管道中的后续命令可能不再更新，因为跳转命令告诉CPU继续从(machine(!))中的一个完全不同的位置加载命令。密码-跳转目标-在这种情况下。

这意味着CPU需要刷新现有管道，并使用启动跳转目标位置的命令重新填充管道。如果在该地点有另一个跳跃目标，同样的情况会再次发生。注意，条件跳转是最常见的机器代码命令之一。

也就是说，指挥管线的性能基本上是不够的。

如果CPU可能是智能的，并且猜测条件是否在得到评估之前就计算为true，该怎么办？它可以在将跳转命令加载到管道后立即从该跳转目标加载命令。注意，loads并不等于执行！同样，在计算条件之前，CPU会尝试猜测。如果猜测是错误的，CPU当然仍然需要刷新管道并用正确的命令填充管道。但是，与不去猜测相比，不需要脸红的可能性更大。

实现猜测的算法有多种，从静态方法到动态方法，这些算法考虑到了代码到目前为止所做的事情。他们相当复杂，并达到惊人的高成功率。请回到维基百科，算法在这里解释：

预测器

返回到PHP代码；即使是第一个循环也可能受益于分支预测。

是的，很明显，两个循环都在执行相同的操作，因此只需要执行一次。但是，PHP作为一种解释性的编程语言，对于分析这些硬件特性来说太高了，因为幕后发生的事情太多了。(甚至可能是循环之间的任务切换)。

顺便说一句，如果您用C编写了类似的代码，C编译器可能会选择退出。例如gcc就能发现很多这样的情况。(太棒了！)但是，这种情况已经在编译时发生，甚至在运行时之前也是如此。

如果您愿意分析分支预测，使用汇编语言和GDB调试器可以显示它在实践中的作用。