最近一个客户提问说，我的系统顺序执行不是也很快嘛，为什么要并发来执行呢？
这个问题初看很简单，我仔细想了一下，其实不太容易回答，尤其是现在高级语言越来越多，导致开发人员对系统的理解比较困难。其实就是对系统的性能理解存在很多偏差。
第一个问题，程序执行时间，是如何来计算的？我们知道，当前的系统几乎都是冯诺依曼架构的，它顺序的执行指令（也就是程序编译完成的结果），来完成一个一个的功能。每一条指令，执行的时候，都包含了几个时钟周期。比如，一个指令可能包含1个时钟周期，也可能包含多个。所谓时钟，就是我们经常看到的，你的电脑的主频，其实是cpu主频，是多少G的，就是一秒钟有多少个时钟周期。假设你的代码要执行5万条指令，平均每条指令有2个时钟周期，那么执行完成这一段代码，就需要10万个时钟周期，再根据主频，我们就能够知道，需要多少时间了。
第二个问题，为什么并发执行速度更快？其实有几个原因：1）我们的cpu是多内核多线程的。每个线程可以独立执行一个指令序列。比如16线程的cpu，可以同时执行16段代码，如果你的代码只允许单个执行，那么只使用了1个线程，其他的15个在“休息”，当然不够快。如果你让它同时跑16并发，肯定能够得到更快的执行速度。2）操作系统调度。我们知道，当执行代码的时候，比如你遇到一个通讯代码，要从一个“句柄”中读取信息，那么这个程序就会陷入等待状态，操作系统就会“挂起”它，直到这个信息发过来，触发了一个“中断”，来唤醒了这个代码，让它继续执行。当代码被挂起，其实操作系统就可以安排其他的程序进来执行。所以，虽然你的cpu有16线程，但是它可以执行更多的并发。
第三个问题，为什么有的代码，看起来长度差不多，但是却很慢？我们知道，程序代码如果使用了“系统调用”，那么其实这个功能是操作系统提供的，会进入操作系统的另外一个状态，导致执行了一大堆你看不到的代码。如果你的代码没有系统调用，原则上可以比使用系统调用的代码跑的更快。举个例子，比如你的代码用到了动态内存，这个内存从哪里来呢？从操作系统的“堆”来，那么就要去操作系统的“堆”申请一片内存。如果你想让它很快，那么你可以开一片大的内存在本程序内，一般使用局部变量。局部变量开在哪里？一般在“栈”里面。你会发现，性能提升了非常多。
以上，我们解释了，程序执行占用cpu和时间的问题，以及为什么并发执行的代码往往会效率更高。当然，如果你的并发设置的过高，也会起反作用：由于cpu线程的频繁调度导致性能下降。
下面我们说一下，如何优化代码。首先，要优化单个代码的执行速度，就是缩短执行时间。比如，一段代码原来执行一次，需要2秒。如果你优化到0.2秒（就是200毫秒），那么速度就提升了10倍。代码优化，主要的就是算法，减少指令执行条数，避免循环嵌套、甚至循环展开。技术手段很多，有兴趣可以自己搜索研究。
这篇文章的目的是帮助我们理解，什么是性能，从cpu和指令的角度看，如何看待执行速度。
推荐阅读：
sales@spasvo.com
