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title: 数据布局优化
description: "存储器各层次中，Cache速度快，面积小，当命中率高时可以提高处理器的数据访问速度。数据布局优化通过调整数据在内存中的排列，提升Cache和TLB命中率，以及CacheLine利用率，进而提升指令的执行效率，优化程序的时间开销。"
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# 数据布局优化

#### 原理

存储器各层次中，Cache速度快，面积小，当命中率高时可以提高处理器的数据访问速度。数据布局优化通过调整数据在内存中的排列，提升Cache和TLB命中率，以及CacheLine利用率，进而提升指令的执行效率，优化程序的时间开销。


常用优化方法如结构体布局优化，数据间重排，伪共享优化（见CacheLine优化）等。


#### 修改方式

- 关于结构体布局优化，下面以结构体数组和数组结构体两种数据组织方式来介绍。

  - 结构体数组定义如下。

```
//结构体数组
struct Array{
int x;
int y;
};
struct Array stArray[N];
```


    此时每一组x和y是连续存储的，在内存中的存储格式如下。


  - 数组结构体定义如下。

```
//数组结构体
struct Array{
int x[N];
int y[N];
};
struct Array stArray;
```


    此时x和y是分开存储的，在内存中的存储格式如下。

当业务场景主要针对x进行操作时，数组结构体中x加载到内存和Cache中的数据是连续的。相比于结构体数组，提高了CacheLine的有效性和Cache的命中率，从而提高性能。

- 数据间重排
  以二维数组为例，当二维数组B按列与数组A相加，此时列元素在Cache中非连续的，不在一个CacheLine中，性能相对较差。通过对二维数组B重排，改为二维数组A与二维数组B的行元素相加，则可以从Cache中连续读取数据。重排前耗时544939us，重排后235722us。

  按列读取：

```
for (int i = 0; i < ARRAYLEN; i++) {
for (int j = 0; j < ARRAYLEN; j++) {
arrayC[i][j] = arrayA[i][j] + arrayB[j][i];
}
}
```


  改为按行读取：

```
for (int i = 0; i < ARRAYLEN; i++) {
for (int j = 0; j < ARRAYLEN; j++) {
arrayC[i][j] = arrayA[i][j] + arrayB[i][j];
}
}
```