单利模式及python实现方式详解

脚本专栏 2024/11/19 佚名

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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

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

其他文件

from mysingleton import singleton
singleton.foo()

装饰器实现

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

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

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

#-*- 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实现单利模式方式方式详解，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网站的支持！

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