什么是分支预测

听说这个属于cpu的范畴，CPU中，为了提高执行的性能，CPU的多个单元会同时执行多条指令。例如当取址单元正在寻找下一条指令前，上一条指令的译码和执行已经在进行中了，这一套机制被称作CPU流水线（pipeline）。

CPU流水线架构把指令的执行分为了多个阶段，每个单元只负责完成指令执行过程中的一个阶段，而中间结果由专门的流水线寄存器暂存。这样理论上，一条指令的执行假设被分为5个阶段，那么当5个单元同时运行一段时间后，理论上相同时间可以同时执行5条指令，当然这只是最简单的情况，实际的情况要复杂得多。

 

流水线的引入相当于程序中引入了并发，相应的，会带来很多额外的问题。例如为了更好地让指令流水般地执行，不涉及顺序一致性的指令会被重排序。这里不详细讨论太多流水线的技术细节，只要知道指令并不是一条一条顺序执行的，那样会严重阻碍处理器的性能。

CPU流水线引入的目的在于，希望能够在每个CPU的时钟周期都发射一条新的指令，这样理论上可以达到最高效率。但这有一个前提：如果指令的执行是“每个时钟周期”一条，那么指令的取值也必须达到每个时钟周期一条，如此，当你在取址阶段拿到要执行的指令时，下一条指令的地址必须被确定了，否则下一个时钟周期便无法取出对应的指令。

这将引发一个问题：

对于条件跳转指令（汇编层面是JMP等，代码层面例如if），需要等当前的指令执行完才知道结果是true还是false，也就是说，要等待若干个时钟周期后，CPU才可以确定下一条要执行的指令究竟是哪个分支的。

难道这段时间就只能干等着吗？当然不是，这里CPU就会采取「分支预测」的方式，预测下一条要执行的分支指令，并预先执行，如果if执行完后发现和预测的分支一致，那就中大奖了，整个执行阶段一点都没有暂停。但如果悲剧地预测错误，那么这时候必须从取址开始，重新执行另一个分支的指令。

从中显然可以看出，预测错误消耗的代价要比干等着更大。

为了提高CPU预测的正确性，有多种算法，但是我们可以先思考一下最简单的方案。

首先，从常理上来考虑，如果遇到一个if分支，那么很有可能某一个分支的执行概率要大于另一个。这跟我们的编码风格有关，例如在校验参数是否合法的过程中，有的人喜欢嵌套if一直到满足一个最严格的条件，然后执行，这种情况对应了if为true的情况；另一种人喜欢先把其它条件都排除掉，例如null判断等，等不合法的都被排除后，这时候再执行，这种情况对应if为false的情况。

总之这就是CPU的分支预测，其他内容详见：https://yq.aliyun.com/articles/26556?do=login&accounttraceid=0b86ac89-9e23-4513-885b-b7eb773357c8。