Python實現單例模式的五種寫法
單例模式（Singleton Pattern）是一種常用的軟件設計模式，該模式的主要目的是確保某一個類只有一個實例存在。當你希望在整個系統中，某個類只能出現一個實例時，單例對象就能派上用場。
比如，某個服務器程序的配置信息存放在一個文件中，客戶端通過一個 AppConfig 的類來讀取配置文件的信息。如果在程序運行期間，有很多地方都需要使用配置文件的內容，也就是說，很多地方都需要創建 AppConfig 對象的實例，這就導致系統中存在多個 AppConfig 的實例對象，而這樣會嚴重浪費內存資源，尤其是在配置文件內容很多的情況下。
事實上，類似 AppConfig 這樣的類，我們希望在程序運行期間只存在一個實例對象。 在 Python 中，我們可以用多種方法來實現單例模式：
使用模塊
使用裝飾器
使用類
基于__new__方法實現
基于 metaclass 方式實現
下面來詳細介紹：
使用模塊 其實，Python 的模塊就是天然的單例模式，因為模塊在第一次導入時，會生成.pyc文件，當第二次導入時，就會直接加載.pyc文件，而不會再次執行模塊代碼。
因此，我們只需把相關的函數和數據定義在一個模塊中，就可以獲得一個單例對象了。
如果我們真的想要一個單例類，可以考慮這樣做：
classSingleton(object): deffoo(self): pass singleton=Singleton()
將上面的代碼保存在文件 mysingleton.py 中，要使用時，直接在其他文件中導入此文件中的對象，這個對象即是單例模式的對象
frommysingletonimportsingleton
使用裝飾器
defSingleton(cls):
_instance={}
def_singleton(*args,**kargs):
ifclsnotin_instance:
_instance[cls]=cls(*args,**kargs)
return_instance[cls]
return_singleton
@Singleton
classA(object):
a=1
def__init__(self,x=0):
self.x=x
a1=A(2)
a2=A(3)
使用類
classSingleton(object): def__init__(self): pass @classmethod definstance(cls,*args,**kwargs): ifnothasattr(Singleton,"_instance"): Singleton._instance=Singleton(*args,**kwargs) returnSingleton._instance
一般情況，大家以為這樣就完成了單例模式，但是當使用多線程時會存在問題：
classSingleton(object): def__init__(self): pass @classmethod definstance(cls,*args,**kwargs): ifnothasattr(Singleton,"_instance"): Singleton._instance=Singleton(*args,**kwargs) returnSingleton._instance importthreading deftask(arg): obj=Singleton.instance() print(obj) foriinrange(10): t=threading.Thread(target=task,args=[i,]) t.start()
程序執行后，打印結果如下：
<__main__.Singleton?object?at?0x02C933D0> <__main__.Singleton?object?at?0x02C933D0> <__main__.Singleton?object?at?0x02C933D0> <__main__.Singleton?object?at?0x02C933D0> <__main__.Singleton?object?at?0x02C933D0> <__main__.Singleton?object?at?0x02C933D0> <__main__.Singleton?object?at?0x02C933D0> <__main__.Singleton?object?at?0x02C933D0> <__main__.Singleton?object?at?0x02C933D0> <__main__.Singleton?object?at?0x02C933D0>
看起來也沒有問題，那是因為執行速度過快，如果在__init__方法中有一些 IO 操作，就會發現問題了。
下面我們通過time.sleep模擬，我們在上面__init__方法中加入以下代碼：
def__init__(self): importtime time.sleep(1)
重新執行程序后，結果如下：
<__main__.Singleton?object?at?0x034A3410> <__main__.Singleton?object?at?0x034BB990> <__main__.Singleton?object?at?0x034BB910> <__main__.Singleton?object?at?0x034ADED0> <__main__.Singleton?object?at?0x034E6BD0> <__main__.Singleton?object?at?0x034E6C10> <__main__.Singleton?object?at?0x034E6B90> <__main__.Singleton?object?at?0x034BBA30> <__main__.Singleton?object?at?0x034F6B90> <__main__.Singleton?object?at?0x034E6A90>
問題出現了！按照以上方式創建的單例，無法支持多線程。
解決辦法：加鎖！未加鎖部分并發執行，加鎖部分串行執行，速度降低，但是保證了數據安全。
importtime importthreading classSingleton(object): _instance_lock=threading.Lock() def__init__(self): time.sleep(1) @classmethod definstance(cls,*args,**kwargs): withSingleton._instance_lock: ifnothasattr(Singleton,"_instance"): Singleton._instance=Singleton(*args,**kwargs) returnSingleton._instance deftask(arg): obj=Singleton.instance() print(obj) foriinrange(10): t=threading.Thread(target=task,args=[i,]) t.start() time.sleep(20) obj=Singleton.instance() print(obj)
打印結果如下：
<__main__.Singleton?object?at?0x02D6B110> <__main__.Singleton?object?at?0x02D6B110> <__main__.Singleton?object?at?0x02D6B110> <__main__.Singleton?object?at?0x02D6B110> <__main__.Singleton?object?at?0x02D6B110> <__main__.Singleton?object?at?0x02D6B110> <__main__.Singleton?object?at?0x02D6B110> <__main__.Singleton?object?at?0x02D6B110> <__main__.Singleton?object?at?0x02D6B110> <__main__.Singleton?object?at?0x02D6B110>
這樣就差不多了，但是還是有一點小問題，就是當程序執行時，執行了time.sleep(20)后，下面實例化對象時，此時已經是單例模式了。
但我們還是加了鎖，這樣不太好，再進行一些優化，把intance方法，改成下面這樣就行：
@classmethod definstance(cls,*args,**kwargs): ifnothasattr(Singleton,"_instance"): withSingleton._instance_lock: ifnothasattr(Singleton,"_instance"): Singleton._instance=Singleton(*args,**kwargs) returnSingleton._instance
這樣，一個可以支持多線程的單例模式就完成了。+
importtime importthreading classSingleton(object): _instance_lock=threading.Lock() def__init__(self): time.sleep(1) @classmethod definstance(cls,*args,**kwargs): ifnothasattr(Singleton,"_instance"): withSingleton._instance_lock: ifnothasattr(Singleton,"_instance"): Singleton._instance=Singleton(*args,**kwargs) returnSingleton._instance deftask(arg): obj=Singleton.instance() print(obj) foriinrange(10): t=threading.Thread(target=task,args=[i,]) t.start() time.sleep(20) obj=Singleton.instance() print(obj)
這種方式實現的單例模式，使用時會有限制，以后實例化必須通過obj = Singleton.instance()
如果用obj = Singleton()，這種方式得到的不是單例。
基于__new__方法實現
通過上面例子，我們可以知道，當我們實現單例時，為了保證線程安全需要在內部加入鎖。
我們知道，當我們實例化一個對象時，是先執行了類的__new__方法（我們沒寫時，默認調用object.__new__），實例化對象；然后再執行類的__init__方法，對這個對象進行初始化，所有我們可以基于這個，實現單例模式。
importthreading classSingleton(object): _instance_lock=threading.Lock() def__init__(self): pass def__new__(cls,*args,**kwargs): ifnothasattr(Singleton,"_instance"): withSingleton._instance_lock: ifnothasattr(Singleton,"_instance"): Singleton._instance=object.__new__(cls) returnSingleton._instance obj1=Singleton() obj2=Singleton() print(obj1,obj2) deftask(arg): obj=Singleton() print(obj) foriinrange(10): t=threading.Thread(target=task,args=[i,]) t.start()
打印結果如下：
<__main__.Singleton?object?at?0x038B33D0><__main__.Singleton?object?at?0x038B33D0> <__main__.Singleton?object?at?0x038B33D0> <__main__.Singleton?object?at?0x038B33D0> <__main__.Singleton?object?at?0x038B33D0> <__main__.Singleton?object?at?0x038B33D0> <__main__.Singleton?object?at?0x038B33D0> <__main__.Singleton?object?at?0x038B33D0> <__main__.Singleton?object?at?0x038B33D0> <__main__.Singleton?object?at?0x038B33D0> <__main__.Singleton?object?at?0x038B33D0> <__main__.Singleton?object?at?0x038B33D0>
采用這種方式的單例模式，以后實例化對象時，和平時實例化對象的方法一樣obj = Singleton()。
基于 metaclass 方式實現
相關知識:
類由 type 創建，創建類時，type 的__init__方法自動執行，類() 執行 type 的__call__方法(類的__new__方法，類的__init__方法)
對象由類創建，創建對象時，類的__init__方法自動執行，對象()執行類的__call__方法
例子：
classFoo: def__init__(self): pass def__call__(self,*args,**kwargs): pass obj=Foo() #執行type的__call__方法，調用 Foo類（是type的對象）的__new__方法，用于創建對象，然后調用 Foo類（是type的對象）的__init__方法，用于對對象初始化。 obj()#執行Foo的__call__方法
元類的使用：
classSingletonType(type):
def__init__(self,*args,**kwargs):
super(SingletonType,self).__init__(*args,**kwargs)
def__call__(cls,*args,**kwargs):#這里的cls，即Foo類
print('cls',cls)
obj=cls.__new__(cls,*args,**kwargs)
cls.__init__(obj,*args,**kwargs)#Foo.__init__(obj)
returnobj
classFoo(metaclass=SingletonType):#指定創建Foo的type為SingletonType
def__init__(self，name):
self.name=name
def__new__(cls,*args,**kwargs):
returnobject.__new__(cls)
obj=Foo('xx')
實現單例模式：
importthreading
classSingletonType(type):
_instance_lock=threading.Lock()
def__call__(cls,*args,**kwargs):
ifnothasattr(cls,"_instance"):
withSingletonType._instance_lock:
ifnothasattr(cls,"_instance"):
cls._instance=super(SingletonType,cls).__call__(*args,**kwargs)
returncls._instance
classFoo(metaclass=SingletonType):
def__init__(self,name):
self.name=name
obj1=Foo('name')
obj2=Foo('name')
print(obj1,obj2)
鏈接：https://www.cnblogs.com/huchong/p/8244279.html
審核編輯：劉清
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原文標題：Python實現單例模式的五種寫法！
文章出處：【微信號：magedu-Linux，微信公眾號：馬哥Linux運維】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。
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