Python singleton模式

本文介绍了一种在Python中实现单例模式的方法,通过使用类属性保存实例,并通过静态方法获取该实例,确保了全局只有一个实例。此外,还讨论了如何解决多线程环境下实例唯一性的问题。

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在使用 Python 进行程序开发的时候,同样可能会用到 Singleton 模式。最简单的办法是使用一个类属性保存一个实例,然后通过 staticmethod 或 classmethod 获取这个实例。

class Sing:
    inst = None

    @staticmethod
    def getInst():
        if not Sing.inst:
            Sing.inst = Sing()
        return Sing.inst

由于类属性是在类或类所在的模块被导入时就创建的,所以在上面的代码中,不能在类属性 inst 的定义处为之初始化,因为那个时候 Sing 类还没被完全载入。在静态方法 getInst() 中,我们创建了一个 Sing 实例,而且只会创建一个。你可以很方便的使用 Sing.getInst() 获取同一个 Sing 对象。但是也存在一个很严重的危险,你仍旧可以使用 Sing() 创建不同的实例。要想禁用这一功能,也许唯一的办法就是禁用 __init__ 方法。但是如此一来,getInst() 中也无法创建 Sing 实例。幸运的是,我们还可以使用 __new__ 这个特殊方法。该方法可以创建一个其所在类的子类的对象。更可喜的是,我们的内置 object 基类实现了 __new__ 方法,所以我们只需让 Sing 类继承 object 类,就可以利用 object 的 __new__ 方法来创建 Sing 对象了。

class Sing(object):
    __inst = None # make it so-called private

    def __init__(self):
        "disable the __init__ method"

    @staticmethod
    def getInst():
        if not Sing.__inst:
            Sing.__inst = object.__new__(Sing)
    return Sing.__inst

现在我们只能通过 Sing.getInst() 来创建 Sing 对象了。而且我们也让类属性 __inst 保持了私有(虽然在 Python 中还是有办法访问)。我们还应该解决一个最关键的多线程问题。同时,我们应该还注意到,由于我们禁用了__init__ 方法(显式定义了它),我们就应该显式的调用其基类的 __init__ 方法(或许这里的 object 类对于我们无关痛痒),以作完整的初始化。当然,这个显式的调用也应该移到 getInst() 中去了。

import threading

class Sing(object):
    __inst = None # make it so-called private
    __lock = threading.Lock() # used to synchronize code

    def __init__(self):
        "disable the __init__ method"

    @staticmethod
    def getInst():
        Sing.__lock.acquire()
        if not Sing.__inst:
            Sing.__inst = object.__new__(Sing)
            object.__init__(Sing.__inst)
        Sing.__lock.release()
        return Sing.__inst

上面的代码中,Sing.__lock.acquire() 和 Sing.__lock.release() 之间的是同步区域,它保证了对象创建的唯一性。同时,object 的 __init__ 方法调用仅仅置于 if 块中,因为它和 Sing 实例一样仅需初始化一次。

### Python 中实现 Singleton 模式的多种方法 #### 方法一:基于模块的单例模式 由于 Python 的模块本身具有单例性质,即每次导入同一个模块时只会在内存中加载一次。因此可以直接创建一个模块文件 `singleton.py` 来定义全局唯一实例。 ```python # singleton.py 文件内容如下: class _Singleton: def __init__(self): self.value = "This is a singleton" _singleton_instance = _Singleton() def get_instance(): return _singleton_instance ``` 通过上述方式,任何地方只要引入此模块并调用 `get_instance()` 函数即可获得相同的 `_Singleton` 实例[^1]。 #### 方法二:重写 `__new__` 构造器 另一种常见的做法是在类内部覆盖默认的 `__new__` 方法来控制对象的创建过程,从而确保整个程序运行期间只有一个实例存在。 ```python class Singleton(object): _instance = None def __new__(cls, *args, **kwargs): if not cls._instance: cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs) return cls._instance ``` 这种方法能够有效防止多次实例化带来的资源浪费问题,并且保持了面向对象编程的良好习惯[^2]。 然而需要注意的是,如果开发者不小心操作的话可能会破坏这种机制,比如直接访问私有属性 `_instance` 并对其进行赋值或删除操作[^4]。 #### 方法三:装饰器版本 还可以采用函数装饰器的方式来简化单例模式的应用逻辑,使得其他普通类也能轻松转换成单例形式而无需改动原有结构。 ```python def singleton(cls): instances = {} def wrapper(*args, **kwds): if cls not in instances: instances[cls] = cls(*args, **kwds) return instances[cls] return wrapper @singleton class MyClass: pass ``` 当应用此类装饰器后,无论怎样尝试初始化新的 `MyClass` 对象,最终获取到的始终会是指向同一地址的对象引用[^3]。
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