Python写单例模式的五种方法_0

单例模式（SingletonPattern）是一种常用的软件设计模式。这种模式的主要目的是确保某个类只存在一个实例。当您只想在整个系统中出现一个类的一个实例时，单例对象会派上用场。例如，一个服务器程序的配置信息保存在一个文件中，客户端通过一个AppConfig类来读取配置文件的信息。如果程序运行过程中有很多地方需要用到配置文件的内容，也就是说很多地方需要创建AppConfig对象的实例，这样就会导致系统中有多个AppConfig实例对象，会严重浪费内存。资源，特别是如果配置文件有很多内容。实际上，对于AppConfig这样的类，我们希望在程序运行过程中只有一个实例对象存在。在Python中，我们可以使用多种方法来实现单例模式：使用模块，使用装饰器，使用类，基于__new__方法实现，基于元类方法实现，下面详细介绍：使用模块其实，Python模块是天生的单例模式，因为模块第一次导入时会生成.pyc文件，第二次导入时直接加载.pyc文件，不会再次执行模块代码。因此，我们只需要在一个模块中定义相关的函数和数据，就可以得到一个单例对象。如果我们真的想要一个单例类，可以考虑这样做：这个文件在其他文件中，这个对象是单例对象frommysingletonimportsingletonusedecoratordefSingleton(cls):_instance={}def_singleton(*args,**kargs):ifclsnotin_instance:_instance[cls]=cls(*args,**kargs)return_instance[cls]返回_singleton@SingletonclassA(object):a=1def__init__(self,x=0):self.x=xa1=A(2)a2=A(3)使用类classSingleton(object):def__init__(self):pass@classmethoddefinstance(cls,*args,**kwargs):ifnothasattr(Singleton,"_instance"):Singleton._instance=Singleton(*args,**kwargs)returnSingleton._instance一般来说，大家认为这样就完成了单例模式，但是使用多线程的时候就会出现问题：classSingleton(object):def__init__(self):pass@classmethoddefinstance(cls,*args,**kwargs):如果不是hasattr(Singleton,"_instance"):Singleton._instance=Singleton(*args,**kwargs)returnSingleton._instanceimportthreadingdeftask(arg):obj=Singleton.instance()打印(obj)foriinrange(10):t=threading.Thread(target=task,args=[i,])t.start()程序执行后，打印结果如下：<__main__.Singletonobjectat0x02C933D0><__main__.Singletonobjectat0x02C933D0><__main__.Singletonobjectat0x02C933D0><__main__.0x02C933D0处的Singleton对象><__main__.0x02C933D0处的Singleton对象><__main__.0x02C933D0处的Singleton对象><__main__.0x02C933D0处的Singleton对象><__main__.0x02C933D0处的Singleton对象><__main__.SingletonC93.02__3.02__处的对象Singletonobjectat0x02C933D0>好像没有问题，是因为执行速度太快了，如果__init__方法里面有一些IO操作，就会发现问题接下来，我们通过time.sleep进行模拟。我们在上面的__init__方法中加入如下代码：def__init__(self):importtimetime.sleep(1)重新执行程序后，结果如下：<__main__.Singletonobjectat0x034A3410><__main__.Singleton0x034BB990处的对象><__main__.0x034BB910处的单例对象><__main__.0x034ADED0处的单例对象><__main__.0x034E6BD0处的单例对象><__main__.0x034E6C10处的单例对象><__main__.0x034E6B90处的单例对象><__main__。Singletonobjectat0x034BBA30><__main__.Singletonobjectat0x034F6B90><__main__.Singletonobjectat0x034E6A90>问题出现了！上述方式创建的单例不支持多线程。解决办法：锁定它！解锁部分并发执行，锁定部分串行执行。速度有所降低，但数据安全得到保证。importtimeimportthreadingclassSingleton(object):_instance_lock=threading.Lock()def__init__(self):time.sleep(1)@classmethoddefinstance(cls,*args,**kwargs):withSingleton._instance_lock:如果不是hasattr(Singleton,"_instance"):Singleton._instance=Singleton(*args,**kwargs)returnSingleton._instancedeftask(arg):obj=Singleton.instance()print(obj)foriinrange(10):t=threading.Thread(target=task,args=[i,])t.start()time.sleep(20)obj=Singleton.instance()print(obj)打印结果如下：<__main__.Singletonobjectat0x02D6B110><__main__.0x02D6B110处的单例对象><__main__.0x02D6B110处的单例对象><__main__.0x02D6B110处的单例对象><__main__.0x02D6B110处的单例对象><__main__.0x02D6B110处的单例对象><__main__><__main__.01x02D__main__6处的单例对象.Singleton对象位于0x02D6B110><__main__.Singleton对象at0x02D6B110><__main__.Singletonobjectat0x02D6B110>这个差不多，但是还有一个小问题，就是程序执行的时候，time.sleep(20)执行完之后，下面实例化对象的时候，已经是singletonExample模式了但是我们还是加了锁，不是很好，然后进行了一些优化，把实例方法改成下面这样：@classmethoddefinstance(cls,*args,**kwargs):ifnothasattr(Singleton,"_instance"):withSingleton._instance_lock:ifnothasattr(Singleton,"_instance"):Singleton._instance=Singleton(*args,**kwargs)returnSingleton._instance这样一个单例模式，可以支持多线程就完事了。+importtimeimportthreadingclassSingleton(object):_instance_lock=threading.Lock()def__init__(self):time.sleep(1)@classmethoddefinstance(cls,*args,**kwargs):如果不是hasattr(Singleton,"_instance"):withSingleton._instance_lock:ifnothasattr(Singleton,"_instance"):Singleton._instance=Singleton(*args,**kwargs)returnSingleton._instancedeftask(arg):obj=Singleton.instance()打印(obj)foriinrange(10):t=threading.Thread(target=task,args=[i,])t.start()time.sleep(20)obj=Singleton.instance()print(obj)这样实现的单例模式在使用的时候会有限制。以后一定要通过obj=Singleton.instance()来实例化。如果使用obj=Singleton()，这样得到的结果不是单例。基于__new__方法的实现通过上面的例子我们可以知道，我们在实现单例的时候，需要在内部加一把锁来保证线程安全。我们知道，当我们实例化一个对象时，首先会执行类的__new__方法（不写的时候默认调用object.__new__），实例化对象；然后我们执行类的__init__方法来处理对象的初始化，都可以以此为基础实现单例模式。importthreadingclassSingleton(object):_instance_lock=threading.Lock()def__init__(self):passdef__new__(cls,*args,**kwargs):如果不是hasattr(Singleton,"_instance"):withSingleton._instance_lock:如果不是hasattr(Singleton,"_instance"):Singleton._instance=object.__new__(cls)返回Singleton._instanceobj1=Singleton()obj2=Singleton()print(obj1,obj2)deftask(arg):obj=Singleton()print(obj)foriinrange(10):t=threading.Thread(target=task,args=[i,])t.start()打印结果如下：<__main__.Singletonobjectat0x038B33D0><__main__.0x038B33D0处的单例对象<__main__.0x038B33D0处的单例对象><__main__.0x038B33D0处的单例对象><__main__.0x038B33D0处的单例对象><__main__.0x038B33D0处的单例对象><__main__.0x038B33D0处的单例对象><__main__.0x038B33D0处的单例对象<__main__.单例对象在0x038B33D0><__main__.Singletonobjectat0x038B33D0><__main__.Singletonobjectat0x038B33D0><__main__.Singletonobjectat0x038B33D0><__main__.Singletonobjectat0x038B33D0>这样使用单例模式，以后实例化对象的时候，平时实例化对象方法同obj=Singleton()基于元类方法实现相关知识：类是按类型创建的，创建类时会自动执行type的__init__方法，class()执行__call__类型的方法（类的__new__方法，__init__方法）。对象是由类创建的。当创建对象时，会自动执行类的__init__方法，object()会执行类的__call__方法。例子：classFoo:def__init__(self):passdef__call__(self,*args,**kwargs):passobj=Foo()#执行type的__call__方法，并调用Foo类的__new_（一个对象）type)_方法，用于创建一个对象，然后调用Foo类（类型的对象）的__init__方法来初始化该对象。obj()#执行Foo的__call__方法的使用(cls,*args,**kwargs):#cls这里是Foo类print('cls',cls)obj=cls.__new__(cls,*args,**kwargs)cls.__init__(obj,*args,**kwargs)#Foo.__init__(obj)returnobjclassFoo(metaclass=SingletonType):#指定创建Foo的类型为SingletonTypedef__init__(self,name):self.name=namedef__new__(cls,*args,**kwargs):returnobject.__new__(cls)obj=Foo('xx')实现单例模式：importthreadingclassSingletonType(type):_instance_lock=threading.Lock()def__call__(cls,*args,**kwargs):如果不是hasattr(cls,"_instance"):withSingletonType._instance_lock:如果不是hasattr(cls,"_instance"):cls._instance=super(SingletonType,cls).__call__(*args,**kwargs)返回cls._instanceclassFoo(metaclass=SingletonType):def__init__(self,name):self.name=nameobj1=Foo('name')obj2=Foo('name')print(obj1,obj2)