介绍¶
在 Java 里面，JVM 默认为字符串建立了缓存池，以避免频繁创建新的 string 对象。但是 Go 并没有实现这一层优化（Go 仅仅会在编译期缓存字符串），所以在处理大量的动态字符串的时候，会带来不小的性能损耗。那么是否可以仿造 Java 实现一个 string pool，以局部缓存热点字符串，这就是 String Interning 技术。
实现¶
观察一下 Go string 的内部结构：
package reflect
// StringHeader is the runtime representation of a string.
// It cannot be used safely or portably and its representation may
// change in a later release.
// Moreover, the Data field is not sufficient to guarantee the data
// it references will not be garbage collected, so programs must keep
// a separate, correctly typed pointer to the underlying data.
type StringHeader struct {
Data uintptr
Len int
}可以看到 string 本质上就是一个内存指针加上长度，由于 Go string 不可变的特性，我们可以认为复用 string 是安全的。下面是一个简单的实现：
type stringInterner map[string]string
func (si stringInterner) InternBytes(b []byte) string {
if interned, ok := si[string(b)]; ok {
return interned
}
s := string(b)
si[s] = s
return s
}以上的 stringInterner 在将 []byte 转换为 string 的同时，检查此 string 是否已经被 interned，如果是则直接返回老的 string，否则 intern 新的 string。这段函数看上去非常违背直觉，相比直接 string(b) 明明多做了这么多操作，居然性能更好。那么可以分析一下：
由于 string(b) 的原理是直接将 b 作为 string 的 Data，如果程序不断读入新的字节流，会不断生成新的 string 对象，string 占用的空间呈线性增长。上面这段函数，只使用 []byte 作为比较的依据，新生成的 string(b) （分配在栈上）会随着函数结束而被回收，只有未命中的 string 会被缓存在堆上。
另外还有一个点值得注意的是，我们知道 Go 在函数调用的时候是完全通过值拷贝的方式传递参数和返回结果的，为什么返回的 string 就是被 interning 的 string 呢，而不是拷贝一份新的返回？是否拷贝数据决定了这段函数是否成立。 根据 Go Internal ABI 的说明：
The string type is a sequence of a *[len]byte pointer to the string backing store, and an int giving the len of the string.
可以知道无论在参数传递还是结果返回的时候，string 都是通过引用的方式指向实际数据，不会出现在传递 string 的时候复制数据的情况。
综上，以上的 stringInterning 在重复文本较多的时候，能够一定程度降低内存消耗；但是在文本几乎没有重复的时候，因为多做了比较操作，会降低一点执行效率。
实验¶
现在我们可以设计一个真实的场景，来验证一下 stringInterning 的实际效果。
假设我们需要反序列化一个 JSON 数据，其中包含了大量的重复字符串：
[
{"year":"2021","month":"January","day":"1"}
{"year":"2021","month":"January","day":"2"}
...
{"year":"2021","month":"December","day":"31"}
]
// calendar generate JSON of 2021
func calendarJSON() []byte {
var calendar []interface{}
d := time.Date(2021, 0, 0, 0, 0, 0, 0, time.UTC)
for d.Year() < 2022 {
d = d.Add(time.Hour * 24)
calendar = append(calendar, map[string]string{
"year": strconv.Itoa(d.Year()),
"month": d.Month().String(),
"day": strconv.Itoa(d.Day()),
})
}
ret, _ := json.Marshal(calendar)
return ret
}分别编写两个函数：
// SimpleString wraps go string.
type SimpleString struct {
data string
}
func (i *SimpleString) UnmarshalJSON(b []byte) error {
i.data = string(b)
return nil
}
func BenchmarkUnmarshal(b *testing.B) {
raw := calendarJSON()
var dest []struct {
Year *SimpleString `json:"year"`
Calendar *SimpleString `json:"calendar"`
Day *SimpleString `json:"day"`
}
for i := 0; i < b.N; i++ {
json.Unmarshal(raw, &dest)
}
}
var si = make(stringInterner)
// InterningString wraps go string with string interning.
type InterningString struct {
data string
}
func (i *InterningString) UnmarshalJSON(b []byte) error {
i.data = si.InternBytes(b)
return nil
}
func BenchmarkUnmarshalWithInterning(b *testing.B) {
raw := calendarJSON()
var dest []struct {
Year *InterningString `json:"year"`
Calendar *InterningString `json:"calendar"`
Day *InterningString `json:"day"`
}
for i := 0; i < b.N; i++ {
json.Unmarshal(raw, &dest)
}
}为了控制变量，两个函数的 string 都使用结构体进行了封装，唯一的区别是 InterningString 在读入的时候会做一遍 interning。
go test -bench=. -benchmem
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: github.com/sorcererxw/demo
cpu: Intel(R) Core(TM) i5-7267U CPU @ 3.10GHz
BenchmarkUnmarshal-4 4778 249779 ns/op 6060 B/op 800 allocs/op
BenchmarkUnmarshalWithInterning-4 4764 252346 ns/op 324 B/op 6 allocs/op可以看到，两者在运行速度上没有显著的差异，但是使用 interning 之后占用内存显著降低。
总结¶
StringInterning 可以帮助 Go 程序在特定场景下，降低内存占用，提高性能。
同时这个技巧也已经被广泛地使用，比如 easyjson 可以通过在 json tag 上标记 intern 表示这个字段会有大量重复的值，让 easyjson 在反序列化这个字段的时候引入 StringInterning：
