Python字符串Intern机制详解

在 Python 中，字符串是不可变的对象，Python 将字符串对象的值存储在一块内存中，并通过字符串的引用来访问该值。在 Python 的内存管理机制中，Python 为了节省内存空间，对字符串对象采用了 Intern 机制。

一、什么是Intern机制

Intern 是字符串 Intern(symbol intern 或 String Intern) 的缩写，指字符串驻留机制，是一种让 Python 相同值的字符串共享相同的内存地址的优化方法。

当 Python 创建一个字符串时，它会首先检查是否存在相同值的字符串，在内存中寻找是否存在相同值的对象，如果有，则不会再次创建一个对象，而是返回这个已经存在的对象的地址，以实现对内存空间的共享利用。

二、字符串Intern机制使用场景

Python字符串 Intern 机制最常用的场景之一是字符串的比较操作。在 Python 中，可以使用 is、== 和 != 等运算符对字符串进行比较。

其中，is 运算符用于比较两个字符串对象是否为同一个对象，而 == 运算符则用于比较两个字符串对象的值是否相等。如果要比较两个字符串的值，尽量使用 == 运算符，因为 is 运算符会忽略字符串 Intern 机制的优化。

示例代码：

# 使用 is 运算符进行比较
s1 = "hello world"
s2 = "hello world"
s3 = s1

print(s1 is s2)  # False
print(s1 is s3)  # True

# 使用 == 运算符进行比较
print(s1 == s2)  # True

三、Intern机制的注意事项

尽管字符串 Intern 机制可以优化内存，但在某些情况下，会出现相反的后果，也就是说，字符串的共享使用会导致内存使用过度。

在以下情况下，尽量不要使用字符串的 Intern 机制：

1. 字符串长度较短

当字符串长度小于等于 4 个字符时，Python 会将字符串对象直接存入缓存中。此时，不需要使用 Intern 机制，也不会获得额外的内存节约。

1. 字符串不需要共享使用

如果不需要共享使用字符串对象，则可以不使用 Intern 机制。例如，下面代码中的字符串 "hello world" 只在一个地方使用，因此不需要使用 Intern 机制。

python
# 此处并不需要使用 Intern 机制
string1 = "hello world"

1. 字符串需要动态地创建和销毁

如果需要动态地创建和销毁字符串对象，则不需要使用 Intern 机制。这是因为，Intern 机制会让 Python 缓存部分字符串对象，长时间地保存这些对象可能会浪费系统资源，影响程序的运行效率。

四、Intern机制的设置方式

Python 2.x 和 Python 3.x 的字符串 Intern 机制设置方式不同。

在 Python 2.x 中，可以在解释器启动后，通过命令集中 DISABLE/ENABLE 来设置字符串 Intern 机制的启用与禁用：

import sys

# 禁用字符串 Intern 机制
sys.intern("")
sys.intern_frozen("")

# 启用字符串 Intern 机制
sys.intern("hello")
sys.intern_frozen("world")

在 Python 3.x 中，可以通过命令行参数 -X 来启用或禁用字符串 Intern 机制，例如：

# 启用字符串 Intern 机制
python -X intern myscript.py

# 禁用字符串 Intern 机制
python -X no-intern myscript.py

五、实际案例

下面我来介绍一个实际案例，说明如何使用字符串 Intern 机制。

假设我们需要统计一个文件中出现次数最多的单词，代码如下所示：

with open("input.txt") as f:
    text = f.read()

words = text.split()
d = {}
for word in words:
    if word not in d:
        d[word] = 1
    else:
        d[word] += 1

max_word = max(d, key=d.get)
print(max_word, d[max_word])

在上面的代码中，我们读取了一个文件，将文件中的所有单词保存在一个列表中，然后统计每个单词出现的次数，并找到出现最多的那个单词。但是，由于字符串的长度可能很大，因此使用 if word not in d 进行查找可能会比较耗时。为了提高查找效率，我们可以先将单词字符串共享利用。

修改后的代码如下：

with open("input.txt") as f:
    text = f.read()

words = text.split()
d = {}
for word in words:
    if word not in sys.interned_strings:
        sys.intern(word)  # 将单词字符串缓存到 Intern 中
    if word not in d:
        d[word] = 1
    else:
        d[word] += 1

max_word = max(d, key=d.get)
print(max_word, d[max_word])

在上面的代码中，我们使用了 if word not in sys.interned_strings 来判断一个字符串是否已经被缓存到 Intern 中，如果没有被缓存，就使用 sys.intern(word) 缓存它。

通过使用字符串 Intern 机制，我们可以提高程序的执行效率。