Python 单例模式

单例模式

单例模式就是确保一个类只有一个实例.当你希望整个系统中,某个类只有一个实例时,单例模式就派上了用场.
比如,某个服务器的配置信息存在在一个文件中,客户端通过AppConfig类来读取配置文件的信息.如果程序的运行的过程中,很多地方都会用到配置文件信息,则就需要创建很多的AppConfig实例,这样就导致内存中有很多AppConfig对象的实例,造成资源的浪费.其实这个时候AppConfig我们希望它只有一份,就可以使用单例模式.

实现单例模式的几种方法

1. 使用模块
其实,python的模块就是天然的单例模式,因为模块在第一次导入的时候,会生成.pyc文件,当第二次导入的时候,就会直接加载.pyc文件,而不是再次执行模块代码.如果我们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.
新建一个python模块叫singleton,然后常见以下python文件
mysingleton.py

class Singleton(object):
    def foo(self):
        pass
singleton = Singleton()

使用:

from singleton.mysingleton import singleton

2. 使用装饰器
装饰器里面的外层变量定义一个字典,里面存放这个类的实例.当第一次创建的收,就将这个实例保存到这个字典中.
然后以后每次创建对象的时候,都去这个字典中判断一下,如果已经被实例化,就直接取这个实例对象.如果不存在就保存到字典中.

# encoding:utf-8

def singleton(cls):
    # 单下划线的作用是这个变量只能在当前模块里访问,仅仅是一种提示作用
    # 创建一个字典用来保存类的实例对象
    _instance = {}

    def _singleton(*args, **kwargs):
        # 先判断这个类有没有对象
        if cls not in _instance:
            _instance[cls] = cls(*args, **kwargs)  # 创建一个对象,并保存到字典当中
        # 将实例对象返回
        return _instance[cls]

    return _singleton


@singleton
class A(object):
    a = 1

    def __init__(self, x=0):
        self.x = x
        print('这是A的类的初始化方法')


a1 = A(2)
a2 = A(3)
print(id(a1), id(a2))

3.使用类
思路就是,调用类的instance方法,这样有一个弊端就是在使用类创建的时候,并不是单例了.也就是说在创建类的时候一定要用类里面规定的方法创建

# encoding:utf-8

class Singleton(object):
    def __init__(self,*args,**kwargs):
        pass

    @classmethod
    def get_instance(cls, *args, **kwargs):
        # 利用反射,看看这个类有没有_instance属性
        if not hasattr(Singleton, '_instance'):
            Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs)

        return Singleton._instance


s1 = Singleton()  # 使用这种方式创建实例的时候,并不能保证单例
s2 = Singleton.get_instance()  # 只有使用这种方式创建的时候才可以实现单例
s3 = Singleton()
s4 = Singleton.get_instance()

print(id(s1), id(s2), id(s3), id(s4))

注意,这样的单例模式在单线程下是安全的,但是如果遇到多线程,就会出现问题.如果遇到多个线程同时创建这个类的实例的时候就会出现问题.

# encoding:utf-8

import threading


class Singleton(object):
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        pass

    @classmethod
    def get_instance(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(Singleton, '_instance'):
            Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs)

        return Singleton._instance


def task(arg):
    obj = Singleton.get_instance(arg)
    print(obj)


for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task, args=[i, ])
    t.start()

执行结果好像也没有问题,那是因为执行的速度足够的快,如果在init()方法中有阻塞,就看到非常的明显.

# encoding:utf-8
import threading
import time

class Singleton(object):
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        time.sleep(1)
        pass

    @classmethod
    def get_instance(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(Singleton, '_instance'):
            Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs)

        return Singleton._instance


def task(arg):
    obj = Singleton.get_instance(arg)
    print(obj)


for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task, args=[i, ])
    t.start()

可以看到是创建了10个不同的实例对象,这是什么原因呢.因为在一个对象创建的过程中,另外一个对象也创建了.当它判断的时候,会先去获取_instance属性,因为这个时候还没有,它就会调用init()方法.结果就是调用了10次,然后就创建了10个对象.

如何解决呢?
加锁:
在哪里加锁呢?在获取对象属性_instance的时候加锁,如果已经有人在获取对象了,其他的人如果要获取这个对象,就要等一哈.因为前面的那个人,可能在第一次创建对象.

创建对象的时候加锁即可

# encoding:utf-8

import time
import threading

class Singleton(object):
    _instance_lock = threading.Lock()

    def __init__(self,*args,**kwargs):
        time.sleep(1)

    @classmethod
    def get_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.get_instance(arg)
    print(obj)

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task,args=[i,])
    t.start()

obj = Singleton.get_instance()
print(obj)

这种方式创建的单例,必须使用Singleton_get_instance()方法,如果使用Singleton()的话,得到的并不是单例.所以我们推荐使用__new__()方法来创建单例,这样创建的单例可以使用类名()的方法进行实例化对象

4.基于__new__方法实现的单例模式(推荐使用,方便)
知识点:
1> 一个对象的实例化过程是先执行类的__new__方法,如果我们没有写,默认会调用object的__new__方法,返回一个实例化对象,然后再调用__init__方法,对这个对象进行初始化,我们可以根据这个实现单例.
2> 在一个类的__new__方法中先判断是不是存在实例,如果存在实例,就直接返回,如果不存在实例就创建.

# encoding:utf-8

import threading


class Singleton(object):
    _instance_lock = threading.Lock()

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

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            with Singleton._instance_lock:
                if not hasattr(cls, '_instance'):
                    Singleton._instance = super().__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()