python __new__方法与单例模式

Posted 2023-03-17 愺様

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。

• 1、new()至少要有一个参数cls,代表当前类,此参数在实例时由python解释器自动识别，
• 2、new()必须要有返回值,返回实例化出来的实例,这点在自己实现__new__时要特别注意,可以 return父类new出来的实例， 如：return super().new(cls)，或者直接return object.new(cls)
• 3、init有一个参数self,就是这个__new__()方法返回的实例, 可以完成一些其它初始化的动作,init不需要返回值（有返回值就会报错）
• 4、如果__new__()创建的是当前类的实例，会自动调用__init__()函数， 通过return语句里面调用的__new__(cls)函数的第一个参数是cls来保证是当前类实例， 如果是其他类的类名，那么实际创建返回的就是其他类的实例，其实就不会调用当前类的__init__()函数，也不会调用其他类的__init__()函数。

class A(object):
    def __init__(self):
        print(\'这是init方法：\',self)

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print(\'这是cls类本身的ID：\',id(cls))
        print(\'这是new方法：\',object.__new__(cls))
        # print(\'这是new方法：\',super().__new__(cls))  # 跟上面那句本质一样,都是调用父类的new方法
        return object.__new__(cls)

A()
print(\'这是A类的ID：\',id(A))

\'\'\'输出结果如下：
这是cls类本身的ID： 2790056212288
这是new方法： <__main__.A object at 0x000002899CB281C0>
这是init方法： <__main__.A object at 0x000002899CB281C0>
这是A类的ID： 2790056212288
\'\'\'

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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。

实现单例模式：

• 使用模块
• 使用装饰器
• 使用类
• 基于 new 方法实现
• 基于 metaclass 方式实现

1、使用模块

Python 的模块就是天然的单例模式

2、使用装饰器

def singleton(cls):
    _instance = dict()

    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)
print(a1)
a2 = A(3)
print(a2)
print(a1 is a2)

3、使用类

• 多线程单例模式

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)

4、基于 new 方法实现

class Singleton(object):
    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = object.__new__(cls)

        return cls._instance

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()

基于 metaclass 方式实现

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)

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