現(xiàn)在各行各業(yè)可是都掀起了一股python學(xué)習(xí)的熱潮，幾乎每位職場(chǎng)人士都在學(xué)習(xí)和使用python。python大家都很熟悉了，共享經(jīng)濟(jì)大家也都知道，可是python運(yùn)用了共享經(jīng)濟(jì)這件事你了解嗎？想知道的話，就來看小編今天跟大家分享的這篇“Python 為了提升性能，竟運(yùn)用了共享經(jīng)濟(jì)”的文章吧。

以下文章來源：微信公眾號(hào)Python貓

作者：豌豆花下貓

大家或許知道，Python 為了提高內(nèi)存的利用效率，采用了一套共用對(duì)象內(nèi)存的分配策略。

例如，對(duì)于那些數(shù)值較小的數(shù)字對(duì)象（[-5, 256]）、布爾值對(duì)象、None 對(duì)象、較短的字符串對(duì)象（通常是 20）等等，字面量相等的對(duì)象實(shí)際上是同一個(gè)對(duì)象。

# 共用內(nèi)存地址的例子
a = 100
b = 100
s = "python_cat"
t = "python_cat"

id(a) == id(b) # 結(jié)果：True
id(s) == id(t) # 結(jié)果：True

我很早的時(shí)候曾寫過一篇《Python中的“特權(quán)種族”是什么？》，把這些對(duì)象統(tǒng)稱為“特權(quán)種族”，它們是 Python 在內(nèi)存管理機(jī)制上使用的優(yōu)化技巧。

前不久，我還寫了一篇《Python 內(nèi)存分配時(shí)的小秘密》，也是介紹內(nèi)存管理的技巧。

這兩篇文章有所區(qū)別：舊文主要涉及了內(nèi)存共用與對(duì)象駐留的機(jī)制，而新文介紹的是內(nèi)存分配、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容以及內(nèi)存回收的相關(guān)機(jī)制。

它們令我不由自主地想到兩個(gè)詞：共享經(jīng)濟(jì)與供需平衡。

如果你沒有讀過那兩篇文章，我強(qiáng)烈建議你先回看一下，然后再看看我的聯(lián)想是否有道理：那幾類特權(quán)種族對(duì)象其實(shí)是在共享內(nèi)存，表面上的不同對(duì)象，其實(shí)是在循環(huán)利用；至于供需平衡也好理解，創(chuàng)建某些對(duì)象時(shí)，按照預(yù)期的訴求去分配內(nèi)存，在擴(kuò)容時(shí)則靈活調(diào)節(jié)，達(dá)到了供需之間的平衡。

透過現(xiàn)象看本質(zhì)，Python 可以很有趣。

但是，Python 的有趣之處還不止于此，本文要繼續(xù)分享另一種內(nèi)存管理機(jī)制，在某種程度上，它實(shí)現(xiàn)了共享經(jīng)濟(jì)與供需平衡的融合，我們從中可揭開 Python 的另一重身份……

1、不可變對(duì)象的共享經(jīng)濟(jì)

上面列出的"特權(quán)種族"都是不可變對(duì)象（而“供需平衡”主要出現(xiàn)于可變對(duì)象），對(duì)于這些不變的對(duì)象，當(dāng)出現(xiàn)多處使用時(shí)，共用一個(gè)對(duì)象似乎是種不錯(cuò)的優(yōu)化方法。

我曾有一種猜想：Python 的不可變對(duì)象都可能是特權(quán)種族。

我沒有試圖去完全證實(shí)它，本文只想考察其中一種不可變對(duì)象：元組。它是不可變對(duì)象，那么，是否有共用對(duì)象的機(jī)制呢？

下面把它跟列表作一下對(duì)比：

# 空對(duì)象的差別
a = []
b = []
c = ()
d = ()

print(id(a)==id(b))  # 結(jié)果：False
print(id(c)==id(d))  # 結(jié)果：True

由此可見，兩個(gè)空列表是不同的對(duì)象，而兩個(gè)空元組其實(shí)是同一個(gè)對(duì)象。這至少說明了，空元組在內(nèi)存中只有一個(gè)，它屬于已提到的特權(quán)種族。

將實(shí)驗(yàn)延伸到集合與字典，它們是可變對(duì)象，你會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)果跟列表一樣，存在多個(gè)副本，即不是特權(quán)種族。我就不舉例了。

由上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還能引出兩個(gè)問題，但是它們偏離了本文主題，我不打算深入辨析，簡(jiǎn)單列一下：

• 除了空元組，還有什么樣的元組是“特權(quán)種族”？（PS：從元素的數(shù)量、類型、元素自身的大小考慮，就我小范圍試驗(yàn)，還沒發(fā)現(xiàn)。所以，空元組是獨(dú)特的唯一？）
• 編譯期與運(yùn)行期有所區(qū)別，這在之前寫字符串的 intern 機(jī)制時(shí)（《Intern機(jī)制的軟肋》）也分析過。（PS：print(id([]) == id([]))，結(jié)果為 True，與上例先賦值再比較不同。）

2、可變對(duì)象的共享經(jīng)濟(jì)

空元組體現(xiàn)了共享經(jīng)濟(jì)，但由于它是不可變對(duì)象，所以不存在動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，就只體現(xiàn)了極少的供需平衡。

作為對(duì)照，列表等可變對(duì)象充分表現(xiàn)了供需平衡，卻似乎沒辦法體現(xiàn)共享經(jīng)濟(jì)。

比如說，我們把一個(gè)列表想象成一個(gè)可自增的杯子（畢竟它是某種容器），再把它的元素想象成不同種類的液體（水、可樂、酒……）。

那么，我們的問題是：兩杯東西是否可以共享為一個(gè)對(duì)象呢？或者說，有沒有可能共享那只杯子呢？這樣就可以節(jié)省內(nèi)存（在那篇講小秘密的文章中展示過：“空杯子”占用的內(nèi)存可不少），提升效率啦。

對(duì)于第一個(gè)問題，答案為否，驗(yàn)證過程略。對(duì)于第二個(gè)問題，在上一節(jié)中，我們已驗(yàn)證過兩個(gè)空杯子（即空列表），答案也為否。

但是，第二個(gè)問題還有其它的可能！下面讓我們換一種實(shí)驗(yàn)方法：

# 實(shí)驗(yàn)版本：Python 3.6.1
a = [[] for i in range(4)]
print(id(a))

for i in range(len(a)):
    print(f'{i} -- {id(a[i])}')
    # a[i] = 1 # PS：可去除注釋，再執(zhí)行一次，結(jié)果的順序有差別

del a
print("after del")

b = [[] for i in range(4)]
print(id(b))

for i in range(len(b)):
    print(f'{i} -- {id(b[i])}')

以上代碼在不同環(huán)境中，執(zhí)行結(jié)果可能有所差異。我執(zhí)行的一次結(jié)果如下：

2012909395656
0 -- 2012909395272
1 -- 2012909406472
2 -- 2012909395208
3 -- 2012909395144
after del
2012909395656
0 -- 2012909395272
1 -- 2012909406472
2 -- 2012909395208
3 -- 2012909395144

分析結(jié)果可知：列表對(duì)象在被回收之后，并不會(huì)徹底消除，它的內(nèi)存地址會(huì)傳遞給新創(chuàng)建的列表，也就是說，新創(chuàng)建的列表其實(shí)共享了舊列表的內(nèi)存地址！

再結(jié)合前面的例子，我們可以說，先后靜態(tài)創(chuàng)建的兩個(gè)列表會(huì)分配不同的內(nèi)存地址，但是，經(jīng)過動(dòng)態(tài)回收之后，先后創(chuàng)建的列表可能是同一個(gè)內(nèi)存地址?。ㄗ⒁猓哼@里說的是“可能”，因?yàn)樵谛铝斜韯?chuàng)建前，若有其它地方也在創(chuàng)建列表，那后者可能奪去先機(jī)。）

延伸到其它基本的可變對(duì)象，例如集合與字典，也有同樣的共享策略，其目的顯而易見：循環(huán)利用這些對(duì)象的“殘軀”，可以避免內(nèi)存碎片，提高執(zhí)行性能。

共享一只杯子，總比重新創(chuàng)造一只杯子，要更高效便捷，對(duì)吧？

Python 解釋器在實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制時(shí)，使用了一個(gè)叫做free_list的全局變量，其工作原理是：

• 當(dāng)創(chuàng)建新的對(duì)象時(shí)，則檢查 free_list 內(nèi)是否有可用對(duì)象，有則取出使用，沒有則創(chuàng)建
• 當(dāng)這些對(duì)象被析構(gòu)時(shí)，則檢查 free_list 是否有剩余空間，有則存入其中
• 某類對(duì)象存入 free_list 時(shí)，只保留“軀殼”，而清空其內(nèi)部所有的元素（即只共享杯子，不共享杯中物）

圖片來源：https://dwz.cn/QWD6RxOx

好了，現(xiàn)在我們可以說，列表、集合與字典這些可變對(duì)象，它們都不是前文所說的特權(quán)種族，但是，在它們背后都藏著循環(huán)使用的共享思想，這一點(diǎn)卻是相通的。

Python 解釋器在內(nèi)存管理上真是煞費(fèi)苦心啊，在那些司空見慣的基本對(duì)象上，它施加了諸多的小魔法，在我們毫不覺察的時(shí)候，它們有條不紊地運(yùn)作，而當(dāng)我們終于見識(shí)清楚后，就不得不感嘆它的精妙了。

Python 算是一個(gè)精打細(xì)算的“經(jīng)濟(jì)學(xué)家”了。

回顧全文，最后作一個(gè)小結(jié)：

• 較小的數(shù)字、較短的字符串、布爾值與空元組等不可變對(duì)象，它們存在著“共享經(jīng)濟(jì)”的機(jī)制，提升了內(nèi)存的使用效率
• 列表、集合與字典等可變對(duì)象，它們存在著預(yù)分配及超額分配等“供需平衡”的機(jī)制，提升了內(nèi)存的分配效率
• 列表等對(duì)象還存在著共享“容器外殼”的機(jī)制，循環(huán)利用空閑資源，綜合提升程序性能