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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

实现单例模式的几种方式

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

将上面的代码保存在文件mysingleton.py中,要使用时,直接在其他文件中导入此文件中的对象,这个对象即是单例模式的对象

fromaimport singleton

2.使用装饰器

3.使用类

一般情况,大家以为这样就完成了单例模式,但是这样当使用多线程时会存在问题

程序执行后,打印结果如下:

看起来也没有问题,那是因为执行速度过快,如果在init方法中有一些IO操作,就会发现问题了,下面我们通过time.sleep模拟

我们在上面__init__方法中加入以下代码:

 

重新执行程序后,结果如下

 

问题出现了!按照以上方式创建的单例,无法支持多线程

解决办法:加锁!未加锁部分并发执行,加锁部分串行执行,速度降低,但是保证了数据安全

打印结果如下:

 

这样就差不多了,但是还是有一点小问题,就是当程序执行时,执行了time.sleep(20)后,下面实例化对象时,此时已经是单例模式了,但我们还是加了锁,这样不太好,再进行一些优化,把intance方法,改成下面的这样就行:

 

这样,一个可以支持多线程的单例模式就完成了

这种方式实现的单例模式,使用时会有限制,以后实例化必须通过obj = Singleton.instance()

如果用obj=Singleton() ,这种方式得到的不是单例

4.基于__new__方法实现(推荐使用,方便)

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

打印结果如下:

采用这种方式的单例模式,以后实例化对象时,和平时实例化对象的方法一样obj = Singleton()

5.基于metaclass方式实现

相关知识

例子:

元类的使用

实现单例模式

转自:Python中的单例模式的几种实现方式的及优化

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