單例模式
單例模式（Singleton Pattern）是一種常用的軟件設計模式，該模式的主要目的是確保某一個類只有一個實例存在。當你希望在整個系統中，某個類只能出現一個實例時，單例對象就能派上用場。
比如，某個服務器程序的配置信息存放在一個文件中，客戶端通過一個 AppConfig 的類來讀取配置文件的信息。如果在程序運行期間，有很多地方都需要使用配置文件的內容，也就是說，很多地方都需要創建 AppConfig 對象的實例，這就導致系統中存在多個 AppConfig 的實例對象，而這樣會嚴重浪費內存資源，尤其是在配置文件內容很多的情況下。事實上，類似 AppConfig 這樣的類，我們希望在程序運行期間只存在一個實例對象。
在 Python 中，我們可以用多種方法來實現單例模式
實現單例模式的幾種方式
1.使用模塊
其實，Python 的模塊就是天然的單例模式，因爲模塊在第一次導入時，會生成 .pyc 文件，當第二次導入時，就會直接加載 .pyc 文件，而不會再次執行模塊代碼。因此，我們只需把相關的函數和數據定義在一個模塊中，就可以獲得一個單例對象了。如果我們真的想要一個單例類，可以考慮這樣做：
mysingleton.py
class Singleton(object):
def foo(self):
pass
singleton = Singleton()
將上面的代碼保存在文件 mysingleton.py 中，要使用時，直接在其他文件中導入此文件中的對象，這個對象即是單例模式的對象
from a import singleton
2.使用裝飾器
def Singleton(cls):
_instance = {}
def _singleton(*args, **kargs):
if cls not in _instance:
_instance[cls] = cls(*args, **kargs)
return _instance[cls]
return _singleton
@Singleton
class A(object):
a = 1
def __init__(self, x=0):
self.x = x
a1 = A(2)
a2 = A(3)
3.使用類
class Singleton(object):
def __init__(self):
pass
@classmethod
def instance(cls, *args, **kwargs):
if not hasattr(Singleton, "_instance"):
Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs)
return Singleton._instance
一般情況，大家以爲這樣就完成了單例模式，但是這樣當使用多線程時會存在問題
class Singleton(object):
def __init__(self):
pass
@classmethod
def instance(cls, *args, **kwargs):
if not hasattr(Singleton, "_instance"):
Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs)
return Singleton._instance
import threading
def task(arg):
obj = Singleton.instance()
print(obj)
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=task,args=[i,])
t.start()
程序執行後，打印結果如下：
<__main__.Singleton object at 0x02C933D0> <__main__.Singleton object at 0x02C933D0> <__main__.Singleton object at 0x02C933D0> <__main__.Singleton object at 0x02C933D0> <__main__.Singleton object at 0x02C933D0> <__main__.Singleton object at 0x02C933D0> <__main__.Singleton object at 0x02C933D0> <__main__.Singleton object at 0x02C933D0> <__main__.Singleton object at 0x02C933D0> <__main__.Singleton object at 0x02C933D0>
看起來也沒有問題，那是因爲執行速度過快，如果在init方法中有一些IO操作，就會發現問題了，下面我們通過time.sleep模擬
我們在上面__init__方法中加入以下代碼：
def __init__(self):
import time
time.sleep(1)
重新執行程序後，結果如下
<__main__.Singleton object at 0x034A3410> <__main__.Singleton object at 0x034BB990> <__main__.Singleton object at 0x034BB910> <__main__.Singleton object at 0x034ADED0> <__main__.Singleton object at 0x034E6BD0> <__main__.Singleton object at 0x034E6C10> <__main__.Singleton object at 0x034E6B90> <__main__.Singleton object at 0x034BBA30> <__main__.Singleton object at 0x034F6B90> <__main__.Singleton object at 0x034E6A90>
問題出現了！按照以上方式創建的單例，無法支持多線程
解決辦法：加鎖！未加鎖部分併發執行,加鎖部分串行執行,速度降低,但是保證了數據安全
import time
import threading
class Singleton(object):
_instance_lock = threading.Lock()
def __init__(self):
time.sleep(1)
@classmethod
def instance(cls, *args, **kwargs):
with Singleton._instance_lock:
if not hasattr(Singleton, "_instance"):
Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs)
return Singleton._instance
def task(arg):
obj = Singleton.instance()
print(obj)
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=task,args=[i,])
t.start()
time.sleep(20)
obj = Singleton.instance()
print(obj)
打印結果如下：
<__main__.Singleton object at 0x02D6B110> <__main__.Singleton object at 0x02D6B110> <__main__.Singleton object at 0x02D6B110> <__main__.Singleton object at 0x02D6B110> <__main__.Singleton object at 0x02D6B110> <__main__.Singleton object at 0x02D6B110> <__main__.Singleton object at 0x02D6B110> <__main__.Singleton object at 0x02D6B110> <__main__.Singleton object at 0x02D6B110> <__main__.Singleton object at 0x02D6B110>
這樣就差不多了，但是還是有一點小問題，就是當程序執行時，執行了time.sleep(20)後，下面實例化對象時，此時已經是單例模式了，但我們還是加了鎖，這樣不太好，再進行一些優化，把intance方法，改成下面的這樣就行：
@classmethod
def instance(cls, *args, **kwargs):
if not hasattr(Singleton, "_instance"):
with Singleton._instance_lock:
if not hasattr(Singleton, "_instance"):
Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs)
return Singleton._instance
這樣，一個可以支持多線程的單例模式就完成了
import time import threading class Singleton(object): _instance_lock = threading.Lock() def __init__(self): time.sleep(1) @classmethod def instance(cls, *args, **kwargs): if not hasattr(Singleton, "_instance"): with Singleton._instance_lock: if not hasattr(Singleton, "_instance"): Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs) return Singleton._instance def task(arg): obj = Singleton.instance() print(obj) for i in range(10): t = threading.Thread(target=task,args=[i,]) t.start() time.sleep(20) obj = Singleton.instance() print(obj)
這種方式實現的單例模式，使用時會有限制，以後實例化必須通過 obj = Singleton.instance()
如果用 obj=Singleton() ,這種方式得到的不是單例
4.基於__new__方法實現（推薦使用，方便）
通過上面例子，我們可以知道，當我們實現單例時，爲了保證線程安全需要在內部加入鎖
我們知道，當我們實例化一個對象時，是先執行了類的__new__方法（我們沒寫時，默認調用object.__new__），實例化對象；然後再執行類的__init__方法，對這個對象進行初始化，所有我們可以基於這個，實現單例模式
import threading
class Singleton(object):
_instance_lock = threading.Lock()
def __init__(self):
pass
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if not hasattr(Singleton, "_instance"):
with Singleton._instance_lock:
if not hasattr(Singleton, "_instance"):
Singleton._instance = object.__new__(cls)
return Singleton._instance
obj1 = Singleton()
obj2 = Singleton()
print(obj1,obj2)
def task(arg):
obj = Singleton()
print(obj)
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=task,args=[i,])
t.start()
打印結果如下：
<__main__.Singleton object at 0x038B33D0> <__main__.Singleton object at 0x038B33D0> <__main__.Singleton object at 0x038B33D0> <__main__.Singleton object at 0x038B33D0> <__main__.Singleton object at 0x038B33D0> <__main__.Singleton object at 0x038B33D0> <__main__.Singleton object at 0x038B33D0> <__main__.Singleton object at 0x038B33D0> <__main__.Singleton object at 0x038B33D0> <__main__.Singleton object at 0x038B33D0> <__main__.Singleton object at 0x038B33D0> <__main__.Singleton object at 0x038B33D0>
採用這種方式的單例模式，以後實例化對象時，和平時實例化對象的方法一樣 obj = Singleton()
5.基於metaclass方式實現
相關知識
""" 1.類由type創建，創建類時，type的__init__方法自動執行，類() 執行type的 __call__方法(類的__new__方法,類的__init__方法) 2.對象由類創建，創建對象時，類的__init__方法自動執行，對象()執行類的 __call__ 方法 """
例子：
class Foo:
def __init__(self):
pass
def __call__(self, *args, **kwargs):
pass
obj = Foo()
# 執行type的 __call__ 方法，調用 Foo類（是type的對象）的 __new__方法，用於創建對象，然後調用 Foo類（是type的對象）的 __init__方法，用於對對象初始化。
obj() # 執行Foo的 __call__ 方法
元類的使用
class SingletonType(type):
def __init__(self,*args,**kwargs):
super(SingletonType,self).__init__(*args,**kwargs)
def __call__(cls, *args, **kwargs): # 這裏的cls，即Foo類
print('cls',cls)
obj = cls.__new__(cls,*args, **kwargs)
cls.__init__(obj,*args, **kwargs) # Foo.__init__(obj)
return obj
class Foo(metaclass=SingletonType): # 指定創建Foo的type爲SingletonType
def __init__(self，name):
self.name = name
def __new__(cls, *args, **kwargs):
return object.__new__(cls)
obj = Foo('xx')
實現單例模式
import threading
class SingletonType(type):
_instance_lock = threading.Lock()
def __call__(cls, *args, **kwargs):
if not hasattr(cls, "_instance"):
with SingletonType._instance_lock:
if not hasattr(cls, "_instance"):
cls._instance = super(SingletonType,cls).__call__(*args, **kwargs)
return cls._instance
class Foo(metaclass=SingletonType):
def __init__(self,name):
self.name = name
obj1 = Foo('name')
obj2 = Foo('name')
print(obj1,obj2)
本文轉載於：聽風。博客
好文要頂，我偷偷收藏先^_^