类的单实例模式
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了类的单实例模式相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
类的单实例模式
单例模式的实现方式有：
1.使用模块 2.使用装饰器 3.使用类 4.基于__new__方法 5.基于metaclass实现
什么是单例模式？
单例模式(singleton pattern)是一种常用的软件交互模式,该模式的主要目的是为了确保某个类只有一个实例存在,当你希望系统中,某个类只能出现一个实例时,单实例就可以派上用场。
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。
单实例的实现方式：
1.使用模块
在python中，模块就是天然的单实例，因为在模块第一次导入的时候，会生成一个pyc文件，当第二次导入的时候，就会加载pyc文件，而不会再次执行模块的代码，因此，我们需要把相关的函数和数据定义在一个模块中，就可以获得单实例对象了。如果我们真的想要一个单例类，就可以考虑这样做。
1 class Singleton: 2 def foo(self): 3 pass 4 5 singleton = Singleton() 6 7 #我们将上面的代码保存在一个文件中,然后去另一个文件中导入对象,此时这个对象就是一个单实例对象。 8 from a import Singleton
2.使用装饰器
1 def Singleton(cls): 2 _instance = {} 3 4 def _singleton(*args, **kwargs): 5 if cls not in _instance: 6 _instance[cls] = cls(*args, **kwargs) 7 return _instance 8 return _singleton 9 10 @Singleton 11 class A: 12 a = 1 13 14 def __init__(self, x=0): 15 self.x = x 16 17 a1 = A(2) 18 a2 = A(3) 19 20 print(id(a1),type(a1),a1) 21 print(id(a2),type(a2),a2) 22 >> 23 31222880 <class ‘dict‘> {<class ‘__main__.A‘>: <__main__.A object at 0x00000000022D9940>} 24 31222880 <class ‘dict‘> {<class ‘__main__.A‘>: <__main__.A object at 0x00000000022D9940>}
3.使用类
class Singleton: def __int__(self): pass @classmethod def instance(cls, *args, **kwargs): if not hasattr(Singleton, ‘_instance‘): Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs) return Singleton s1 = Singleton() s2 = Singleton() print(id(s1),type(s1),s1) print(id(s2),type(s2),s2) >> 57504624 <class ‘__main__.Singleton‘> <__main__.Singleton object at 0x036D7370> 86901072 <class ‘__main__.Singleton‘> <__main__.Singleton object at 0x052E0150> #一般情况下,大家以为这样就完成了单例模式,但是使用多线程的时候回出现问题
class Singleton: def __int__(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() >> <__main__.Singleton object at 0x059AB0F0> <__main__.Singleton object at 0x059AB0F0> <__main__.Singleton object at 0x059AB0F0> <__main__.Singleton object at 0x059AB0F0> <__main__.Singleton object at 0x059AB0F0> <__main__.Singleton object at 0x059AB0F0> <__main__.Singleton object at 0x059AB0F0> <__main__.Singleton object at 0x059AB0F0> <__main__.Singleton object at 0x059AB0F0> <__main__.Singleton object at 0x059AB0F0> #看似是没有问题,那是因为线程的执行速度比较快,如果在init方法中添加一些IO操作,就会发现问题了。
import threading class Singleton: def __int__(self): import time time.sleep(1) @classmethod def instance(cls, *args, **kwargs): 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(13): t = threading.Thread(target=task, args=[i,]) t.start() >> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0> <__main__.Singleton object at 0x04CDC6B0>
4.使用__new__（）方法
通过上面例子，我们可以知道，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: _instance_lock = threading.Lock() def __int__(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()import threading class Singleton: _instance_lock = threading.Lock() def __int__(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() >> <__main__.Singleton object at 0x050501F0> <__main__.Singleton object at 0x050501F0> <__main__.Singleton object at 0x050501F0> <__main__.Singleton object at 0x050501F0> <__main__.Singleton object at 0x050501F0> <__main__.Singleton object at 0x050501F0> <__main__.Singleton object at 0x050501F0> <__main__.Singleton object at 0x050501F0> <__main__.Singleton object at 0x050501F0> <__main__.Singleton object at 0x050501F0>
5.基于metaclass方式实现
1.类由type创建，创建类时，type的__init__方法自动执行，类() 执行type的 __call__方法(类的__new__方法,类的__init__方法) 2.对象由类创建，创建对象时，类的__init__方法自动执行，对象()执行类的 __call__ 方法
例子：
class Foo: def __int__(self): pass def __call__(self, *args, **kwargs): pass # 执行type的 __call__ 方法，调用 Foo类（是type的对象）的 __new__方法，用于创建对象，然后调用 Foo类（是type的对象）的 __init__方法，用于对对象初始化。 obj = Foo() obj() # 执行Foo的 __call__ 方法
元类的使用
class SingletonType(type): def __init__(self,*args,**kwargs): super(SingletonType,self).__init__(*args,**kwargs) def __call__(cls, *args, **kwargs): # 这里的cls，即Foo类 print(‘cls‘,cls) obj = cls.__new__(cls,*args, **kwargs) cls.__init__(obj,*args, **kwargs) # Foo.__init__(obj) return obj class Foo(metaclass=SingletonType): # 指定创建Foo的type为SingletonType def __init__(self，name): self.name = name def __new__(cls, *args, **kwargs): return object.__new__(cls) obj = Foo(‘xx‘)
单实例模式
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)
以上是关于类的单实例模式的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章