單例模式

單例模式(Singleton Pattern)是一種常用的軟件設(shè)計(jì)模式，該模式的主要目的是確保某一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例存在。當(dāng)你希望在整個(gè)系統(tǒng)中，某個(gè)類(lèi)只能出現(xiàn)一個(gè)實(shí)例時(shí)，單例對(duì)象就能派上用場(chǎng)。

比如，某個(gè)服務(wù)器程序的配置信息存放在一個(gè)文件中，客戶端通過(guò)一個(gè) AppConfig 的類(lèi)來(lái)讀取配置文件的信息。如果在程序運(yùn)行期間，有很多地方都需要使用配置文件的內(nèi)容，也就是說(shuō)，很多地方都需要?jiǎng)?chuàng)建 AppConfig 對(duì)象的實(shí)例，這就導(dǎo)致系統(tǒng)中存在多個(gè) AppConfig 的實(shí)例對(duì)象，而這樣會(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)內(nèi)存資源，尤其是在配置文件內(nèi)容很多的情況下。事實(shí)上，類(lèi)似 AppConfig 這樣的類(lèi)，我們希望在程序運(yùn)行期間只存在一個(gè)實(shí)例對(duì)象。

在 Python 中，我們可以用多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)單例模式

實(shí)現(xiàn)單例模式的幾種方式

1.使用模塊

其實(shí)，Python 的模塊就是天然的單例模式，因?yàn)槟K在第一次導(dǎo)入時(shí)，會(huì)生成 .pyc 文件，當(dāng)?shù)诙螌?dǎo)入時(shí)，就會(huì)直接加載 .pyc 文件，而不會(huì)再次執(zhí)行模塊代碼。因此，我們只需把相關(guān)的函數(shù)和數(shù)據(jù)定義在一個(gè)模塊中，就可以獲得一個(gè)單例對(duì)象了。如果我們真的想要一個(gè)單例類(lèi)，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(shí)，直接在其他文件中導(dǎo)入此文件中的對(duì)象，這個(gè)對(duì)象即是單例模式的對(duì)象

from a import singleton

2.使用類(lèi)

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，大家以為這樣就完成了單例模式，但是這樣當(dāng)使用多線程時(shí)會(huì)存在問(wèn)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(zhí)行后，打印結(jié)果如下：

看起來(lái)也沒(méi)有問(wèn)題，那是因?yàn)閳?zhí)行速度過(guò)快，如果在init方法中有一些IO操作，就會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題了，下面我們通過(guò)time.sleep模擬

我們?cè)谏厦鎋_init__方法中加入以下代碼：

def __init__(self): import time time.sleep(1)

重新執(zhí)行程序后，結(jié)果如下

問(wèn)題出現(xiàn)了！按照以上方式創(chuàng)建的單例，無(wú)法支持多線程

解決辦法：加鎖！未加鎖部分并發(fā)執(zhí)行,加鎖部分串行執(zhí)行,速度降低,但是保證了數(shù)據(jù)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(jié)果如下：

這樣就差不多了，但是還是有一點(diǎn)小問(wèn)題，就是當(dāng)程序執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行了time.sleep(20)后，下面實(shí)例化對(duì)象時(shí)，此時(shí)已經(jīng)是單例模式了，但我們還是加了鎖，這樣不太好，再進(jìn)行一些優(yōu)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(gè)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(shí)現(xiàn)的單例模式，使用時(shí)會(huì)有限制，以后實(shí)例化必須通過(guò) obj = Singleton.instance()

如果用 obj=Singleton() ,這種方式得到的不是單例

3.基于__new__方法實(shí)現(xiàn)(推薦使用，方便)

通過(guò)上面例子，我們可以知道，當(dāng)我們實(shí)現(xiàn)單例時(shí)，為了保證線程安全需要在內(nèi)部加入鎖

我們知道，當(dāng)我們實(shí)例化一個(gè)對(duì)象時(shí)，是先執(zhí)行了類(lèi)的__new__方法(我們沒(méi)寫(xiě)時(shí)，默認(rèn)調(diào)用object.__new__)，實(shí)例化對(duì)象；然后再執(zhí)行類(lèi)的__init__方法，對(duì)這個(gè)對(duì)象進(jìn)行初始化，所有我們可以基于這個(gè)，實(shí)現(xiàn)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, *args, **kwargs)

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(jié)果如下：

采用這種方式的單例模式，以后實(shí)例化對(duì)象時(shí)，和平時(shí)實(shí)例化對(duì)象的方法一樣 obj = Singleton()

4.基于metaclass方式實(shí)現(xiàn)

相關(guān)知識(shí)

"""

1.類(lèi)由type創(chuàng)建，創(chuàng)建類(lèi)時(shí)候type的__init__方法自動(dòng)執(zhí)行，類(lèi)() 執(zhí)行type的 __call__方法(類(lèi)的__new__方法,類(lèi)的__init__方法)

2.對(duì)象由類(lèi)創(chuàng)建，創(chuàng)建對(duì)象時(shí)候類(lèi)的__init__方法自動(dòng)執(zhí)行，對(duì)象()執(zhí)行類(lèi)的 __call__ 方法

"""

例子：

class Foo:

def __init__(self):

pass

def __call__(self, *args, **kwargs):

pass

obj = Foo()

# 執(zhí)行type的 __call__ 方法，調(diào)用 Foo類(lèi)(是type的對(duì)象)的 __new__方法，用于創(chuàng)建對(duì)象，然后調(diào)用 Foo類(lèi)(是type的對(duì)象)的 __init__方法，用于對(duì)對(duì)象初始化。

obj() # 執(zhí)行Foo的 __call__ 方法

元類(lèi)的使用

class SingletonType(type):

def __init__(self,*args,**kwargs):

super(SingletonType,self).__init__(*args,**kwargs)

def __call__(cls, *args, **kwargs): # 這里的cls，即Foo類(lèi)

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(chuàng)建Foo的type為SingletonType

def __init__(self):

pass

def __new__(cls, *args, **kwargs):

return object.__new__(cls, *args, **kwargs)

obj = Foo()

實(shí)現(xiàn)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)

以上這篇基于Python中單例模式的幾種實(shí)現(xiàn)方式及優(yōu)化詳解就是小編分享給大家的全部?jī)?nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持我們。

本文標(biāo)題: 基于Python中單例模式的幾種實(shí)現(xiàn)方式及優(yōu)化詳解

本文地址: http://www.cppcns.com/jiaoben/python/217200.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的python实现单例模式的几种方式_基于Python中单例模式的几种实现方式及优化详解...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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