单例模式

单例模式

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.使用模块

可以参考自定义增删改查组件site对象，很明显的单利模式

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时，会生成 .pyc 文件，当第二次导入时，就会直接加载 .pyc 文件，而不会再次执行模块代码。因此，我们只需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。如果我们真的想要一个单例类，可以考虑这样做：

# mysingleton.py
class My_Singleton(object):
    def foo(self):
        pass
 
my_singleton = My_Singleton()

将上面的代码保存在文件 mysingleton.py 中，然后这样使用：

from mysingleton import my_singleton
 
my_singleton.foo()

2.使用 __new__

from django.test import TestCase

# Create your tests here.
class Singleton:
    def __init__(self,name):
        self.name=name

    def __new__(cls, *args, **kw):
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            orig = super(Singleton, cls)
            cls._instance = orig.__new__(cls)
        return cls._instance

one = Singleton('aa')
two = Singleton('bb')
print(one.name)
print(one.name)



two.a = 3
print(one.a)
# one和two完全相同,可以用id(), ==, is检测
print(id(one))
print(id(two))
print(one == two)
print(one is two)

加上锁

import time
import threading
class Singleton(object):
    _instance_lock = threading.Lock()
    def __init__(self):
        time.sleep(1)
        print(self)


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



def task():
    obj = Singleton()

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

 3.利用类实现单例模式：

a.不能支持多线程的单例模式

class Singleton(object):

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


a=Singleton.instance()
b=Singleton.instance()
print(a==b)#True

但是我们加上多线程试试

import time
class Singleton(object):
    def __init__(self):
        time.sleep(1)

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

            Singleton._instance=Singleton()
        return Singleton._instance


# a=Singleton.instance()
# b=Singleton.instance()
# print(a==b)
import threading
def task():

    obj = Singleton.instance()
    print(obj)


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

结果:

D:\virtualenv\envs\vuedjango\Scripts\python.exe D:/test/flaskTest/flaskpro3/单例模式/类.py
<__main__.Singleton object at 0x0000022E579C6E80>
<__main__.Singleton object at 0x0000022E579AB898>
<__main__.Singleton object at 0x0000022E579EC6A0>
<__main__.Singleton object at 0x0000022E579DB1D0>
<__main__.Singleton object at 0x0000022E579EC5C0>
<__main__.Singleton object at 0x0000022E579D1FD0>
<__main__.Singleton object at 0x0000022E579D9C50>
<__main__.Singleton object at 0x0000022E579C6F60>
<__main__.Singleton object at 0x0000022E579D1EB8>
<__main__.Singleton object at 0x0000022E579DB2B0>

Process finished with exit code 0

b.解决上面存在的问题，实现支持多线程的单列模式:

import time
import threading
class Singleton(object):
    _instance_lock = threading.Lock()
    def __init__(self):

        time.sleep(1)

    @classmethod
    def instance(cls,*args,**kwargs):
        with cls._instance_lock:
            if not hasattr(Singleton,'_instance'):
                Singleton._instance=Singleton()
                return Singleton._instance
            return Singleton._instance

def task():

    obj = Singleton.instance()
    print(obj)


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

结果:

D:\virtualenv\envs\vuedjango\Scripts\python.exe D:/test/flaskTest/flaskpro3/单例模式/类.py
<__main__.Singleton object at 0x000001BADB56F320>
<__main__.Singleton object at 0x000001BADB56F320>
<__main__.Singleton object at 0x000001BADB56F320>
<__main__.Singleton object at 0x000001BADB56F320>
<__main__.Singleton object at 0x000001BADB56F320>
<__main__.Singleton object at 0x000001BADB56F320>
<__main__.Singleton object at 0x000001BADB56F320>
<__main__.Singleton object at 0x000001BADB56F320>
<__main__.Singleton object at 0x000001BADB56F320>
<__main__.Singleton object at 0x000001BADB56F320>

Process finished with exit code 0

问题:

创建实例只能调用Singleton.instance()来调用,不能用Singleton()来实现

四、基于metaclass方式实现

1.对象是类创建，创建对象时候类的__init__方法自动执行，对象()执行类的 __call__ 方法
2.类是type创建，创建类时候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)

# 第0步: 执行type的 __init__ 方法【类是type的对象】
class Foo:
    def __init__(self):
        pass

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

# 第1步: 执行type的 __call__ 方法
#        1.1  调用 Foo类（是type的对象）的 __new__方法，用于创建对象。
#        1.2  调用 Foo类（是type的对象）的 __init__方法，用于对对象初始化。
obj = Foo()
# 第2步：执行Foodef __call__ 方法
obj()

class SingletonType(type):
    def __init__(self,*args,**kwargs):
        print(1)
        super(SingletonType,self).__init__(*args,**kwargs)

    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        print(2)
        obj = cls.__new__(cls,*args, **kwargs)
        cls.__init__(obj,*args, **kwargs) # Foo.__init__(obj)
        return obj

class Foo(metaclass=SingletonType):
    def __init__(self,name):
        print(4)
        self.name = name
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print(3)
        return object.__new__(cls)

obj1 = Foo('name')

实现单例

 

import threading
class Singleton(type):
    _instance_lock=threading.Lock()
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        with  cls._instance_lock:
            if not hasattr(cls,'_instance'):
                cls._instance=super(Singleton, cls).__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instance


class Foo(metaclass=Singleton):
    def __init__(self,name):
        self.name=name


obj1 = Foo('name')
obj2 = Foo('name')
print(obj1,obj2)