循环中的计算时间差

Question

在编写我目前正在处理的程序时，我注意到性能发生了一些变化，并想检查我用来解释这一点的某些循环中的计算时间。

我编写了一个非常简单的程序，它在一个循环中执行一个简单的加法计算并输出它所花费的时间，我注意到目前有两个对我来说无法解释的效果。

首先是代码：

public partial class MainWindow : Window
{
    public MainWindow()
    {
        InitializeComponent();
    }

    private void button1_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
    {
        int a = 1, b = 2, c = 0;

        Stopwatch sw = new Stopwatch();

        sw.Start();
        for (int i = 0; i < 100; i++)
        {
            c += (a + b);
        }
        sw.Stop();
        c = 0;
        textBlock1.Text = 100 + ": " + sw.ElapsedTicks;

        sw.Restart();
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            c += (a + b);
        }
        sw.Stop();
        c = 0;
        textBlock2.Text = 1000 + ": " + sw.ElapsedTicks;

        sw.Restart();
        for (int i = 0; i < 10000; i++)
        {
            c += (a + b);
        }
        sw.Stop();
        c = 0;
        textBlock3.Text = 10000 + ": " + sw.ElapsedTicks;

        sw.Restart();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        {
            c += (a + b);
        }
        sw.Stop();
        c = 0;
        textBlock4.Text = 1000000 + ": " + sw.ElapsedTicks;

        sw.Restart();
        for (int i = 0; i < 100000000; i++)
        {
            c += (a + b);
        }
        sw.Stop();

        textBlock5.Text = 100000000 + ": " + sw.ElapsedTicks;
    }
}

现在我可以观察到以下内容：

1. 第一次启动程序点击按钮并计算后，100 的短循环大约需要两倍/三倍（6-9 滴答），只要我第二次运行它（2-4 ）。之后，它将保持大约相同的长度（2-4 个滴答声）。

2. 循环时间之间存在奇怪的比例，当我继续单击按钮时，这些比例保持不变，大致如下：

   • 100:3
   • 1000:15
   • 10000:150
   • 1000000:17000
   • 100000000: 840000

有没有解释为什么 100 循环需要大约 1000 循环的 1/5 时间，即使它是计算量的 1/10 倍，以及为什么 100 Mio.循环只需要大约 1 Mio 的 50 倍。循环，即使它是计算量的 100 倍？ 有没有人知道为什么我在启动程序后运行一次计算后时间（尤其是 100 循环）会发生变化，然后保持不变？

Answer 1

有没有解释为什么 100 循环需要大约 1000 循环时间的 1/5，即使它是计算次数的 1/10 倍

您正在测量三个滴答声，这是非常非常短的时间。如果您碰巧遇到了上下文切换，您可能会损失更多的时间，即使您的线程被立即再次安排。即使使用Stopwatch，也基本上没有足够多的时间来进行明智的测量。

有人知道为什么我在启动程序后运行一次计算后时间（尤其是 100 循环）会发生变化，然后保持不变？

我的猜测是它与 JIT 编译和/或垃圾收集有关。

这就是为什么通常基准测试首先运行“预热”轮，并且他们测试合理的工作量，以便测试将花费合理的时间，平滑时间上的小颠簸。