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单例模式及python实现方式详解

2021-01-23 00:22Hantaozi Python

单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，该模式的主要目的是确保 某一个类只有一个实例存在.这篇文章主要介绍了单利模式及python实现方式及Python单例模式的4种实现方法,需要的朋友可以参考下

单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，该模式的主要目的是确保 某一个类只有一个实例存在 。当希望在整个系统中，某个类只能出现一个实例时，单例对象就能派上用场。

比如，某个服务器程序的配置信息存放在一个文件中，客户端通过一个 AppConfig 的类来读取配置文件的信息。如果在程序运行期间，有很多地方都需要使用配置文件的内容，也就是说，很多地方都需要创建 AppConfig 对象的实例，这就导致系统中存在多个 AppConfig 的实例对象，而这样会严重浪费内存资源，尤其是在配置文件内容很多的情况下。事实上，类似 AppConfig 这样的类，我们希望在程序运行期间只存在一个实例对象

python实现单例模式

使用模块实现

Python 的模块就是天然的单例模式 ，因为模块在第一次导入时，会生成  .pyc 文件，当第二次导入时，就会直接加载  .pyc 文件，而不会再次执行模块代码。因此，我们只需把相关的函数和数据定义在一个模块中，就可以获得一个单例对象了。

mysingleton.py

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class Singleton:
  def foo(self):
    print('foo')
singleton=Singleton()

其他文件

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from mysingleton import singleton
singleton.foo()

装饰器实现

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def singleton(cls):
  _instance = {}
  def wraper(*args, **kargs):
    if cls not in _instance:
      _instance[cls] = cls(*args, **kargs)
    return _instance[cls]
  return wraper
@singleton
class A(object):
  def __init__(self, x=0):
    self.x = x
a1 = A(2)
a2 = A(3)

最终实例化出一个对象并且保存在_instance中，_instance的值也一定是

基于__new__方法实现

当我们实例化一个对象时，是 先执行了类的__new__方法 （我们没写时，默认调用object.__new__）， 实例化对象 ；然后 再执行类的__init__方法 ，对这个对象进行初始化，所有我们可以基于这个，实现单例模式

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class Singleton():
  def __new__(cls, *args, **kwargs):
    if not hasattr(cls,'_instance'):
      cls._instance=object.__new__(cls)
    return cls._instance
 
class A(Singleton):
  def __init__(self,x):
    self.x=x
 
a=A('han')
b=A('tao')
print(a.x)
print(b.x)

为了保证线程安全需要在内部加入锁

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import threading
 
class Singleton():
  lock=threading.Lock
  def __new__(cls, *args, **kwargs):
    if not hasattr(cls,'_instance'):
      with cls.lock:
        if not hasattr(cls, '_instance'):
          cls._instance=object.__new__(cls)
    return cls._instance
class A(Singleton):
  def __init__(self,x):
    self.x=x
a=A('han')
b=A('tao')
print(a.x)
print(b.x)

两大注意：

1. 除了模块单例外，其他几种模式的本质都是通过设置中间变量，来判断类是否已经被实例。中间变量的访问和更改存在线程安全的问题：在开启多线程模式的时候需要加锁处理。

2.  __new__方法无法避免触发__init__()，初始的成员变量会进行覆盖。 其他方法不会。

PS:下面看下Python单例模式的4种实现方法

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#-*- encoding=utf-8 -*-
print '----------------------方法1--------------------------'
#方法1,实现__new__方法
#并在将一个类的实例绑定到类变量_instance上,
#如果cls._instance为None说明该类还没有实例化过,实例化该类,并返回
#如果cls._instance不为None,直接返回cls._instance
class Singleton(object):
  def __new__(cls, *args, **kw):
    if not hasattr(cls, '_instance'):
      orig = super(Singleton, cls)
      cls._instance = orig.__new__(cls, *args, **kw)
    return cls._instance
class MyClass(Singleton):
  a = 1
one = MyClass()
two = MyClass()
two.a = 3
print one.a
#3
#one和two完全相同,可以用id(), ==, is检测
print id(one)
#29097904
print id(two)
#29097904
print one == two
#True
print one is two
#True
print '----------------------方法2--------------------------'
#方法2,共享属性;所谓单例就是所有引用(实例、对象)拥有相同的状态(属性)和行为(方法)
#同一个类的所有实例天然拥有相同的行为(方法),
#只需要保证同一个类的所有实例具有相同的状态(属性)即可
#所有实例共享属性的最简单最直接的方法就是__dict__属性指向(引用)同一个字典(dict)
#可参看:http://code.activestate.com/recipes/66531/
class Borg(object):
  _state = {}
  def __new__(cls, *args, **kw):
    ob = super(Borg, cls).__new__(cls, *args, **kw)
    ob.__dict__ = cls._state
    return ob
class MyClass2(Borg):
  a = 1
one = MyClass2()
two = MyClass2()
#one和two是两个不同的对象,id, ==, is对比结果可看出
two.a = 3
print one.a
#3
print id(one)
#28873680
print id(two)
#28873712
print one == two
#False
print one is two
#False
#但是one和two具有相同的（同一个__dict__属性）,见:
print id(one.__dict__)
#30104000
print id(two.__dict__)
#30104000
print '----------------------方法3--------------------------'
#方法3:本质上是方法1的升级（或者说高级）版
#使用__metaclass__（元类）的高级python用法
class Singleton2(type):
  def __init__(cls, name, bases, dict):
    super(Singleton2, cls).__init__(name, bases, dict)
    cls._instance = None
  def __call__(cls, *args, **kw):
    if cls._instance is None:
      cls._instance = super(Singleton2, cls).__call__(*args, **kw)
    return cls._instance
class MyClass3(object):
  __metaclass__ = Singleton2
one = MyClass3()
two = MyClass3()
two.a = 3
print one.a
#3
print id(one)
#31495472
print id(two)
#31495472
print one == two
#True
print one is two
#True
print '----------------------方法4--------------------------'
#方法4:也是方法1的升级（高级）版本,
#使用装饰器(decorator),
#这是一种更pythonic,更elegant的方法,
#单例类本身根本不知道自己是单例的,因为他本身(自己的代码)并不是单例的
def singleton(cls, *args, **kw):
  instances = {}
  def _singleton():
    if cls not in instances:
      instances[cls] = cls(*args, **kw)
    return instances[cls]
  return _singleton
@singleton
class MyClass4(object):
  a = 1
  def __init__(self, x=0):
    self.x = x
one = MyClass4()
two = MyClass4()
two.a = 3
print one.a
#3
print id(one)
#29660784
print id(two)
#29660784
print one == two
#True
print one is two
#True
one.x = 1
print one.x
#1
print two.x
#1

总结

以上所述是小编给大家介绍的python实现单例模式方式详解，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对服务器之家网站的支持！

原文链接：http://www.cnblogs.com/hantaozi430/p/8605275.html

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