什么是单例模式
单例模式是一种经常使用的设计模式,使用该模式创建的类对象在整个系统中只有一个。在python中,使用id(实例名)可以看到多次创建该类的对象的id是相同的
什么时候适合使用单例模式
简而言之一句话,需要节省内存,加快对象访问速度以及对象需要被公用的场合
单例模式使用场景
- 系统中配置文件的管理
- 网站中的计数器
- 应用程序的日志应用
- 等等。。。
python中单例模式的实现
1. 通过模块实现单例模式(最简单的实现方式)
原理:python的模块其实是一个非常好的自带单例模式,python的模块在导入时会生成.pyc文件,在后面再次导入该模块时,会加载.pyc文件
代码示例:singleton.py
# -*- coding: utf-8 -*-
class Singleton(object):
pass
s = Singleton()
上述文件中就存在了一个Singleton类的实例s,在使用时,通过from singleton import s导入这个实例,就可以获得这个使用这个单例,同时它也是一个单例模式的对象
2. 通过改写__new__方法实现(推荐使用该方法)
原理:在python的类创建对象的过程中,先通过__new__方法实例化一个对象(PS:在没有自己定义该方法时会默认调用object.new),然后才执行__init__方法对实例化的对象进行各项初始化复制操作。
代码示例:
# -*- coding: utf-8 -*-
import threading
class Singleton(object):
_lock = threading.Lock()
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if not hasattr(Singleton, "_instance"):
with Singleton._lock: # 加锁防止多线程环境中两个线程同时判断到上一行代码为True,同时创建该类的实例
if not hasattr(Singleton, "_instance"):
# 调用object类的__new__方法
Singleton._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
return Singleton._instance
def test(number):
s = Singleton()
print str(number) + ": " + str(id(s))
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=test, args=(i, ))
t.start()
上述程序运行结果如下:
3. 基于指定metaclass实现
原理:这个解释起来源远流长,可以针对元类单独写一篇博客了,这里就简单说明一下。类其实也是一个对象,创建类的类就是元类,大致可以理解为:MyClass = MetaClass(),MyObject = MyClass(),其中MetaClass就是一个元类,是创建MyClass这个实例(对于MyObject来说它又是一个类,注意区别理解)的类。在python中默认的元类是一个强大的函数type。
代码示例:
# -*- coding: utf-8 -*-
import threading
# 注意这里继承了type不是object
class SingletonMeta(type):
_lock = threading.Lock()
def __init__(self, *args, **kwargs):
super(SingletonMeta, self).__init__(*args, **kwargs)
def __call__(cls, *args, **kwargs):
if not hasattr(cls, "_instance"):
with SingletonMeta._lock:
if not hasattr(cls, "_instance"):
cls._instance = super(SingletonMeta, cls).__call__(*args, **kwargs)
return cls._instance
class Singleton:
__metaclass__ = SingletonMeta # 指定元类
def __init__(self, x):
self.x = x
def test(number):
s = Singleton(number)
print str(number) + ": " + str(id(s))
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=test, args=(i, ))
t.start()
结果如下所示:
4. 使用装饰器
相关知识:装饰器的使用方法类似java中的注解,大概形式如下:
def log(func): def wrapper(*args, **kwargs): return func(*args, **kwargs) return log @log def f(): pass
实际上述f函数执行过程变为f=log(f), f()
代码示例:
# -*- coding: utf-8 -*-
import threading
def Singleton(cls):
_instance = {}
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)
a2 = A(3)
print a1 == a2
5. 使用类
原理:使用类成员,类成员是该类所有实例共有的属性
代码示例:
# -*- coding: utf-8 -*-
import threading
class Singleton(object):
_lock = threading.Lock()
@classmethod
def generate(cls, *args, **kwargs):
with Singleton._lock:
if not hasattr(Singleton, "_instance"):
Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs)
return Singleton._instance
def test(number):
s = Singleton.generate()
print str(number) + ": " + str(id(s))
for i in range(10):
t = threading.Thread(target=test, args=(i, ))
t.start()
执行结果如下: