软件架构扩展性优化：策略与实践

软件优化是一项系统工程。总体而言，整个优化框架可以分为两个部分：设计优化和代码优化。

1,设计优化

设计优化包括了软件体系结构的优化，数据结构的优化，算法的优化。

1.1       软件体系结构的优化

软件优化首先要对整个软件体系结构有个清晰的了解。在认识了整个软件的目标功能后，围绕这个目标，软件的模块划分，软件的运行流程都要一清二楚。整个软件的“数据流”和“控制流”都要能在头脑中清晰的呈现出来。各个模块的接口和各个模块的数据结构间的关系，都要有清晰的认识。在这个基础上，才能对各个模块做数据结构的优化和算法的优化。

1.2       数据结构的优化

数据结构的设计是个大学问。基本上，数据结构是为算法服务的，所以要根据算法来确定数据结构。但也有几个我认为比较通用的原则。

第一，   除非算法有特殊的需要，否则尽量用紧凑性好的数据结构，如数组。

第二，   根据空间局部性原理，尽量紧凑经常访问的数据，合理选择数组结构和结构数组。

第三，   如果数组比较大，其元素的尺寸应尽可能小，如可以用char就不要用short。除此以外，不要吝惜内存，尽量用int作为数据类型。

第四，   如果CPU具有SIMD指令，则第三点要重新考虑，根据算法需要，合理安排

数组元素的尺寸。

1.3       算法的优化

算法的优化可以分为两种：算法设计的优化和算法实现的优化。

1.3.1          算法设计的优化

算法设计的优化是指对求解的问题提出更具效率的求解思路。好的算法设计对软件性能具有决定性影响。例如Video Encoder中motion vector的搜索算法有很多，选择合适的算法是很重要的。同时，算法设计也是最有挑战的，需要许多的实验并根据应用需要。

1.3.2          算法实现的优化

相对于算法设计的优化，算法实现的优化就简单一些了。基本上，算法实现的优化有两种思路。

第一，   避免计算。最好的优化就是“不计算”，仔细观察算法的实现，如果发现某些部分的计算结果在某些条件下是“还原”的，那就是说这个部分是做了“无用功“了。那么就可以尝试通过一些控制条件去避免计算。如Video decoer的IDCT，统计一下各个分块的值分布，就可以改进算法实现，避免一些块的计算。提高效率。

第二，   重用计算。如果计算不可避免，就可以观察是否可以重用已有计算。这其实也是一种“避免计算”，只不过前提是调整算法实现，使得一些计算可以被重用。

2，代码优化

如果说设计优化是全局性的，是“内行”做的事情，那么代码优化就是局部性的，是“外行“也可以做的事。如一个有代码优化经验的Ａudio Codec工程师虽然没有Video Codec的经验，但是同样可以对Video Codec的代码进行优化。因为代码优化依据的原理通常是可以适用于各个领域和平台的。如loop unroll通常是有效的。代码优化因为可以是“只见树木不见森林”，所以它的影响不是全局性的。套用一个代码优化专家的话说，代码优化通常可以使得一个慢的程序变的快一些。我的理解是，如果脱离了设计优化，慢的程序做再多的代码优化也不过是一个快了一些的“慢程序”。

同理，好的代码优化能使好的设计如虎添翼。因为通常好的设计，或者说遵循局部性原理的设计更容易做代码优化，优化的效果也更好。

代码优化大致可以分为以下两个部分：平台无关部分和平台相关部分

平台无关部分是指一些普适的优化原则。如循环展开，减少分支，内联函数，指针运算，

地址对齐等等。

平台相关部分就是通常所说的汇编代码优化。汇编代码可以对某个平台做最贴心的优化。首先各个平台都有不同的“高性能”指令，如Ｃ55的双ＭAC，ARMV5E的dsp指令，XSCALE的WMMX等。其次，各个平台的流水线都不同，对指令排列有不同的要求，所以在汇编一级可以对指令做最好的调整。再次，只有在汇编一级，才可以抛开编译器，使程序思维最贴近CPU逻辑，并避免一些不必要的计算，带来最好性能。毕竟编译器的智商以及它对程序的了解通常比我们程序员要差一些。

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