现代CPU微架构与软件性能：分支预测失败与缓存未命中的分析与优化

Question

现代CPU通过流水线、乱序执行和推测执行来提升性能。请分析在C++/Java这类编译型语言中，哪些代码模式会导致高的分支预测失败率和缓存未命中？如何通过优化数据结构和算法（例如将链表改为数组、使用排序来优化分支预测）来改善这些指标？有哪些处理器性能计数器可以用于定量分析这些情况，例如使用perf工具来定位代码中的热点问题？

Answer 1

现代CPU的性能提升机制依赖于高效的指令执行，而分支预测失败和缓存未命中会严重影响性能。