python 单例模式的两种实现方式

转载自：https://www.cnblogs.com/huchong/p/8244279.html

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。当你希望在整个系统中，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。

在 Python 中，我们可以用多种方法来实现单例模式

1.使用装饰器

def Singleton(cls):
    _instance = {}

    def _singleton(*args, **kwargs):
        if cls not in _instance:
            _instance[cls] = cls(*args, **kwargs)
        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)

解释一下这个装饰器：单例模式的主要目的就是确保某一个类最多只能有一个实例存在，换句话说某一个类只能和它的一个实例有联系，所以字典这种键值对型的容器非常适合单例模式这种情况。如果某个类不在字典里，那么在字典里创建一个键为某个类（cls）,值为该类创建的实例（cls（*args, **kwargs））这样的一个键值对。如果某个类已经在字典里，那么说明这个类在之前已经创建过实例了，按照单例模式一个类最多只能有一个实例的思想，那么直接返回该类的实例

2.基于__new__方法实现

当我们实现单例时，为了保证线程安全需要在内部加入锁

我们知道，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

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()

简单一点，没有加锁的方式：

#使用__new__方法在创造实例时进行干预，达到实现单例模式的目的
#这里使用了_instance属性来存放实例
class Singleton: #一个通用的单例超类，其他类继承即可（也可通过装饰器实现）
    def __new__(cls, *args, **kw):
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            cls._instance = object.__new__(cls)
        return cls._instance
 
class SingleSpam(Singleton):
    def __init__(self, s):
        self.s = s
 
    def __str__(self):
        return self.s
 
s1 = SingleSpam('spam')
print(id(s1), s1)
s2 = SingleSpam('spa')
print(id(s2), s2)

介绍一下__new__：

class A:
    pass
 
class B(A):
    def __new__(cls):
        print("__new__方法被执行")
        return super().__new__(cls)
    def __init__(self):
        print("__init__方法被执行")
 
b = B()

# __new__方法被执行
# __init__方法被执行

我们比较两个方法的参数，可以发现__new__方法是传入类(cls)，而__init__方法传入类的实例化对象(self)，而有意思的是，__new__方法返回的值就是一个实例化对象（如果__new__方法返回None，则__init__方法不会被执行，并且返回值只能调用父类中的__new__方法，而不能调用毫无关系的类的__new__方法）。我们可以这么理解它们之间的关系，__new__是开辟疆域的大将军，而__init__是在这片疆域上辛勤劳作的小老百姓，只有__new__执行完后，开辟好疆域后，__init__才能工作。