Python 為了提公升效能,竟運用了共享經濟

2022-01-10 17:38:09 字數 3052 閱讀 6944

大家或許知道,python 為了提高記憶體的利用效率,採用了一套共用物件記憶體的分配策略。

例如,對於那些數值較小的數字物件([-5, 256])、布林值物件、none 物件、較短的字串物件(通常是 20)等等,字面量相等的物件實際上是同乙個物件。

# 共用記憶體位址的例子

a = 100

b = 100

s = "python_cat"

t = "python_cat"

id(a) == id(b) # 結果:true

id(s) == id(t) # 結果:true

我很早的時候曾寫過一篇《python中的「特權種族」是什麼?》,把這些物件統稱為「特權種族」,它們是 python 在記憶體管理機制上使用的優化技巧。

前不久,我還寫了一篇《python 記憶體分配時的小秘密》,也是介紹記憶體管理的技巧。

它們令我不由自主地想到兩個詞:共享經濟與供需平衡。

如果你沒有讀過那兩篇文章,我強烈建議你先回看一下,然後再看看我的聯想是否有道理:那幾類特權種族物件其實是在共享記憶體,表面上的不同物件,其實是在迴圈利用;至於供需平衡也好理解,建立某些物件時,按照預期的訴求去分配記憶體,在擴容時則靈活調節,達到了供需之間的平衡。

透過現象看本質,python 可以很有趣。

但是,python 的有趣之處還不止於此,本文要繼續分享另一種記憶體管理機制,在某種程度上,它實現了共享經濟與供需平衡的融合,我們從中可揭開 python 的另一重身份……

上面列出的"特權種族"都是不可變物件(而「供需平衡」主要出現於可變物件),對於這些不變的物件,當出現多處使用時,共用乙個物件似乎是種不錯的優化方法。

我曾有一種猜想:python 的不可變物件都可能是特權種族。

下面把它跟列表作一下對比:

# 空物件的差別

a =

b =

c = ()

d = ()

print(id(a)==id(b)) # 結果:false

print(id(c)==id(d)) # 結果:true

由此可見,兩個空列表是不同的物件,而兩個空元組其實是同乙個物件。這至少說明了,空元組在記憶體中只有乙個,它屬於已提到的特權種族。

將實驗延伸到集合與字典,它們是可變物件,你會發現結果跟列表一樣,存在多個副本,即不是特權種族。我就不舉例了。

空元組體現了共享經濟,但由於它是不可變物件,所以不存在動態擴容,就只體現了極少的供需平衡。

作為對照,列表等可變物件充分表現了供需平衡,卻似乎沒辦法體現共享經濟。

比如說,我們把乙個列表想象成乙個可自增的杯子(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……)。

對於第乙個問題,答案為否,驗證過程略。對於第二個問題,在上一節中,我們已驗證過兩個空杯子(即空列表),答案也為否。

但是,第二個問題還有其它的可能!下面讓我們換一種實驗方法:

# 實驗版本:python 3.6.1

a = [ for i in range(4)]

print(id(a))

for i in range(len(a)):

print(f' -- ')

# a[i] = 1 # ps:可去除注釋,再執行一次,結果的順序有差別

del a

print("after del")

b = [ for i in range(4)]

print(id(b))

for i in range(len(b)):

print(f' -- ')

以上**在不同環境中,執行結果可能有所差異。我執行的一次結果如下:

2012909395656

0 -- 2012909395272

1 -- 2012909406472

2 -- 2012909395208

3 -- 2012909395144

after del

2012909395656

0 -- 2012909395272

1 -- 2012909406472

2 -- 2012909395208

3 -- 2012909395144

再結合前面的例子,我們可以說,先後靜態建立的兩個列表會分配不同的記憶體位址,但是,經過動態**之後,先後建立的列表可能是同乙個記憶體位址!(注意:這裡說的是「可能」,因為在新列表建立前,若有其它地方也在建立列表,那後者可能奪去先機。)

延伸到其它基本的可變物件,例如集合與字典,也有同樣的共享策略,其目的顯而易見:迴圈利用這些物件的「殘軀」,可以避免記憶體碎片,提高執行效能。

共享乙隻杯子,總比重新創造乙隻杯子,要更高效便捷,對吧?

python 直譯器在實現這個機制時,使用了乙個叫做free_list的全域性變數,其工作原理是:

好了,現在我們可以說,列表、集合與字典這些可變物件,它們都不是前文所說的特權種族,但是,在它們背後都藏著迴圈使用的共享思想,這一點卻是相通的。

python 直譯器在記憶體管理上真是煞費苦心啊,在那些司空見慣的基本物件上,它施加了諸多的小魔法,在我們毫不覺察的時候,它們有條不紊地運作,而當我們終於見識清楚後,就不得不感嘆它的精妙了。

python 算得上是乙個精打細算的「經濟學家」了。

回顧全文,最後作乙個小結:

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python物件的空間邊界:獨善其身與開放包容

Python 為了提公升效能,竟運用了共享經濟

大家或許知道,python 為了提高記憶體的利用效率,採用了一套共用物件記憶體的分配策略。例如,對於那些數值較小的數字物件 5,256 布林值物件 none 物件 較短的字串物件 通常 是 20 等等,字面量相等的物件實際上是同乙個物件。a 100 b 100 s python cat t pyth...

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