带你深入理解内存对齐最底层原理
码农天地 -
相信绝大多数的人都了解内存对齐，都知道变量应该按8字节去对齐，这样性能高。但是其最最底层的原理是啥呢？ 有的人可能会说，因为高速缓存是以8字节为单位进行的。读者你很聪明，这是原因之一。但我今天想挖的是更底层一点的原理，让我们去内存的物理构成里找找答案！
内存物理结构前面我们说过内存是由chip构成。每个chip内部，是由8个bank组成的。其构造如下图：
而每一个bank是一个二维平面上的矩阵，前面文章中我们说到过。矩阵中每一个元素中都是保存了1个字节，也就是8个bit。
内存编址方式那么对于我们在应用程序中内存中地址连续的8个字节,例如0x0000-0x0007，是从位于bank上的呢？直观感觉，应该是在第一个bank上吗？ 其实不是的，程序员视角看起来连续的地址0x0000-0x0007，实际上位8个bank中的，每一个bank只保存了一个字节。在物理上，他们并不连续。下图很好地阐述了实际情况。
你可能想知道这是为什么，原因是电路工作效率。内存中的8个bank是可以并行工作的。 如果你想读取址0x0000-0x0007，每个bank工作一次，拼起来就是你要的数据，IO效率会比较高。但要存在一个bank里，那这个bank只能自己干活。只能串行进行读取，需要读8次，这样速度会慢很多。
结论所以，内存对齐最最底层的原因是内存的IO是以8个字节64bit为单位进行的。 对于64位数据宽度的内存，假如cpu也是64位的cpu（现在的计算机基本都是这样的），每次内存IO获取数据都是从同行同列的8个chip中各自读取一个字节拼起来的。从内存的0地址开始，0-7字节的数据可以一次IO读取出来，8-15字节的数据也可以一次读取出来。
再换个例子假如你指定要获取的是0x0001-0x0008，也是8字节，但是不是0开头的，内存需要怎么工作呢？没有好办法，内存只好先工作一次把0x0000-0x0007取出来，然后再把0x0008-0x0015取出来，把两次的结果都返回给你。 CPU和内存IO的硬件限制导致没办法一次跨在两个数据宽度中间进行IO。这样你的应用程序就会变慢，算是计算机因为你不懂内存对齐而给你的一点点惩罚。
扩展1：事实上，编译和链接器会自动替开发者对齐内存的，尽量帮你保证一个变量不跨列寻址。但是他不能做到十分完美。扩展2：其实在内存硬件层上，还有操作系统层。操作系统还管理了CPU的一级、二级、三级缓存。不知道你有没有印象，我们前面的文章说过高速缓存里的Cache Line也是64字节，它是内存IO的整数倍，不会让内存IO浪费。
开发内功修炼之内存篇专辑：
1.带你深入理解内存对齐最底层原理2.内存随机也比顺序访问慢，带你深入理解内存IO过程3.从DDR到DDR4，内存核心频率其实基本上就没太大的进步4.实际测试内存在顺序IO和随机IO时的访问延时差异5.揭穿内存厂家“谎言”，实测内存带宽真实表现6.NUMA架构下的内存访问延迟区别！7.PHP7内存性能优化的思想精髓8.一次内存性能提升的项目实践9.挑战Redis单实例内存最大极限，“遭遇”NUMA陷阱！我的公众号是「开发内功修炼」，在这里我不是单纯介绍技术理论，也不只介绍实践经验。而是把理论与实践结合起来，用实践加深对理论的理解、用理论提高你的技术实践能力。欢迎你来关注我的公众号，也请分享给你的好友~~~
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