> 编者按 为什么要了解CPU内部缓存结构？只有了解了CPU内部缓存的结构，在程序开发的过程中遇到问题才能找到方向，特别是在并发编程开发中，所以我们有必要掌握CPU内部的缓存结构及其读写策略 ## 一、CPU内部缓存结构图 <img src="https://aris-site.obs.cn-east-3.myhuaweicloud.com/pics/cache/image-20220620225350298.png" alt="CPU内部缓存结构图" style="zoom:160%;" align="left"/> <pre> </pre> ### CPU缓存结构 CPU缓存是由很多个缓存块（Cache Line）组成的。读取数据时，是以一小块一小块来读取的 <img src="https://aris-site.obs.cn-east-3.myhuaweicloud.com/pics/cache/image-20220620222229299.png" alt="Cache Line" style="zoom:100%;"/> <pre> </pre> ### 使用CPU-Z工具查看CPU缓存情况 <img src="https://aris-site.obs.cn-east-3.myhuaweicloud.com/pics/cache/image-20220620215356422.png" alt="CPU-Z工具查看本机缓存" style="zoom:120%;"/> ## 二、CPU缓存读写策略 ### 读取策略 假如要加载一个 int array[100] 的数组，int需要占用 4 个字节，不足 Cache Line规定的64个字节大小，所以CPU会顺序加载数组元素 array[0] 到 array[15]，从而保持64个字节对齐，也就是CPU读取数据是一次性加载64个字节的数据。 ### 写入策略 有两种写入策略 #### 1. 写直达（Write Through） 把数据同时写入缓存与内存中 **优点**：思路简单 **缺点**：无论数据是否在缓存中，每次写操作都会写入到内存，耗费时间从而影响性能 <img src="https://aris-site.obs.cn-east-3.myhuaweicloud.com/pics/cache/v2-2497b560317815e1d91fc32a5be26417_r.jpg" alt="写直达策略" style="zoom:80%;"/> #### 2. 写回（Write Back） 为了解决写直达的性能问题，提出了写回的策略 **写回策略**：发生写操作，新数据只会被写入CPU的缓存块中，只有当修改过的缓存块被替换时才需要写到内存中，从而减少了数据写回内存的频率，进而提高了系统的性能 执行过程分析： - 如果发生写操作能够命中缓存，就把数据更新到缓存块，并将存储该数据的缓存块标记为脏的 - 如果发生写操作时，发现数据所在的缓存块存放的是别的内存地址的数据，此时就会检查这个缓存块里的数据是不是脏的 如果是脏的，就将该缓存块数据写回内存，然后将当前新数据写到该缓存块中 如果不是脏的，就直接将当前新数据写到该缓存块中，然后再将缓存块标记为脏的 **优点**：如果发现大量操作能够命中缓存，就不需要读取内存，直接从缓存中读取，从而提升了性能 <img src="https://aris-site.obs.cn-east-3.myhuaweicloud.com/pics/cache/v2-ceaa77d58a3e014767c1c218435a9de9_r.jpg" alt="写回策略" style="zoom:80%;"/>