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Python中的单例模式的几种实现方式的优缺点及优

2019-10-21 18:32

单例方式

单例情势(Singleton Pattern)是如日中天种常用的软件设计情势,该方式的关键目标是保险某四个类唯有一个实例存在。当你希望在漫天系统中,有些类只可以出现二个实例时,单例对象就会派上用场。

举个例子说,某些服务器程序的安插音信寄存在三个文本中,顾客端通过三个 AppConfig 的类来读取配置文件的音信。若是在程序运转时期,有无数地点都供给选择安插文件的从头到尾的经过,也正是说,比非常多地点都亟需创设AppConfig 对象的实例,那就导致系统中留存三个 AppConfig 的实例对象,而那般会严重浪费内存财富,越发是在安排文件内容非常多的情形下。事实上,类似 AppConfig 这样的类,我们期待在程序运营时期只存在多个实例对象。

在 Python 中,我们能够用各个主意来贯彻单例情势

 

Python中的单例格局的三种实现方式的利弊及优化,python优劣点

金玉满堂单例方式的三种格局

单例格局

单例格局(Singleton Pattern)是大器晚成种常用的软件设计方式,该方式的第一目标是承接保险某一个类唯有二个实例存在。当你希望在整整连串中,某些类只好出现二个实例时,单例对象就会派上用场。

比方,有些服务器程序的布局音讯贮存在三个文本中,客商端通过二个 AppConfig 的类来读取配置文件的音讯。假诺在程序运维时期,有许多地点都必要动用安插文件的开始和结果,也正是说,相当多地点都急需创制AppConfig 对象的实例,那就导致系统中留存七个 AppConfig 的实例对象,而那般会严重浪费内部存款和储蓄器能源,尤其是在安顿文件内容比相当多的场地下。事实上,类似 AppConfig 那样的类,大家愿意在程序运转时期只设有八个实例对象。

在 Python 中,我们可以用各种格局来落实单例情势

 

1.应用模块

其实,Python 的模块正是天赋的单例方式,因为模块在首先次导入时,会生成 .pyc 文件,当第一回导入时,就能够一贯加载 .pyc 文件,而不会重新实践模块代码。因而,大家只需把有关的函数和多少定义在二个模块中,就能够收获多个单例对象了。假若我们实在想要多个单例类,能够思考那样做:

mysingleton.py

class Singleton(object):
    def foo(self):
        pass
singleton = Singleton()

将方面包车型客车代码保存在文书 mysingleton.py 中,要使用时,间接在其他文件中程导弹入此文件中的对象,那个目的正是单例格局的靶子

from a import singleton

 

兑现单例情势的三种方式

2.接纳装饰器

def Singleton(cls):
    _instance = {}

    def _singleton(*args, **kargs):
        if cls not in _instance:
            _instance[cls] = cls(*args, **kargs)
        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)

 

 

1.运用模块

其实,Python 的模块正是纯天然的单例格局,因为模块在率先次导入时,会生成 .pyc 文件,当第三次导入时,就能够直接加载 .pyc 文件,而不会重新实践模块代码。因而,大家只需把有关的函数和数据定义在四个模块中,就能够获取一个单例对象了。如果大家实在想要一个单例类,能够设想那样做:

mysingleton.py

class Singleton(object):
    def foo(self):
        pass
singleton = Singleton()

将方面包车型客车代码保存在文件 mysingleton.py 中,要使用时,直接在别的文件中程导弹入此文件中的对象,这一个目的正是单例方式的靶子

from a import singleton

 

 

3.使用类

class Singleton(object):

    def __init__(self):
        pass

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

貌似景观,我们认为这样就完事了单例形式,不过这么当使用二十四线程时会存在难点

 

class Singleton(object):

    def __init__(self):
        pass

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

import threading

def task(arg):
    obj = Singleton.instance()
    print(obj)

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

程序实行后,打字与印刷结果如下:

<__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>

看起来也绝非难点,那是因为施行进度过快,要是在init方法中有风华正茂部分IO操作,就能发掘标题了,上边大家通过time.sleep模拟

咱俩在上头__init__措施中加入以下代码:

    def __init__(self):
        import time
        time.sleep(1)

再也实行顺序后,结果如下

<__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>

难点出现了!根据上述措施创立的单例,不可能支撑二十八线程

 

消除办法:加锁!未加锁部分出现试行,加锁部分串行实行,速度下滑,可是保障了数据安全

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

    def __init__(self):
        time.sleep(1)

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


def task(arg):
    obj = Singleton.instance()
    print(obj)
for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task,args=[i,])
    t.start()
time.sleep(20)
obj = Singleton.instance()
print(obj)

 

打印结果如下:

<__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>

与此相类似就基本上了,不过依旧有点小意思,正是当程序执行时,实施了time.sleep(20)后,上面实例化对象时,此时大器晚成度是单例情势了,但大家依旧加了锁,那样不太好,再进行一些优化,把intance方法,改成下边包车型大巴那样就行:

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

这么,二个得以支撑四线程的单例情势就产生了

图片 1图片 2

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

    def __init__(self):
        time.sleep(1)

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


def task(arg):
    obj = Singleton.instance()
    print(obj)
for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task,args=[i,])
    t.start()
time.sleep(20)
obj = Singleton.instance()
print(obj)

总体代码

 

这种办法实现的单例方式,使用时会有限量,今后实例化必需经过 obj = Singleton.instance()

豆蔻年华旦用 obj=Singleton() ,这种办法获得的不是单例

 

2.使用类

class Singleton(object):

    def __init__(self):
        pass

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

日常景观,我们认为这么就成功了单例格局,不过那样当使用十二线程时会存在难题

 

class Singleton(object):

    def __init__(self):
        pass

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

import threading

def task(arg):
    obj = Singleton.instance()
    print(obj)

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

程序实施后,打字与印刷结果如下:

<__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>

看起来也不曾难题,那是因为奉行进度过快,假如在init方法中有点IO操作,就能够开掘难点了,上边大家经过time.sleep模拟

我们在上头__init__方法中步向以下代码:

    def __init__(self):
        import time
        time.sleep(1)

重新实施顺序后,结果如下

<__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>

难题应际而生了!依据以上办法开创的单例,不也许支撑八线程

 

解决办法:加锁!未加锁部分出现推行,加锁部分串行实施,速度下降,可是保证了数额安全

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

    def __init__(self):
        time.sleep(1)

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


def task(arg):
    obj = Singleton.instance()
    print(obj)
for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task,args=[i,])
    t.start()
time.sleep(20)
obj = Singleton.instance()
print(obj)

 

打字与印刷结果如下:

<__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>

这么就基本上了,但是依然有一些小标题,正是当程序施行时,履行了time.sleep(20)后,上面实例化对象时,此时曾经是单例格局了,但大家照旧加了锁,这样不太好,再开展一些优化,把intance方法,改成上面包车型地铁那样就行:

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

如此那般,一个足以扶助二十多线程的单例情势就形成了

图片 3import time import threading class Singleton(object): _instance_lock = threading.Lock() def __init__(self): time.sleep(1) @classmethod def instance(cls, *args, **kwargs): if not hasattr(Singleton, "_instance"): with Singleton._instance_lock: if not hasattr(Singleton, "_instance"): Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs) return Singleton._instance def task(arg): obj = Singleton.instance() print(obj) for i in range(10): t = threading.Thread(target=task,args=[i,]) t.start() time.sleep(20) obj = Singleton.instance() print(obj) 完整代码

 

这种方法落实的单例格局,使用时会有限制,现在实例化必须通过 obj = Singleton.instance()

假设用 obj=Singleton() ,这种方法取得的不是单例

 

4.基于__new__方法达成(推荐应用,方便)

由此位置例子,大家能够驾驭,当我们完毕单例时,为了保障线程安全要求在里头参与锁

我们精通,当大家实例化二个对象时,是先进行了类的__new__方法(大家没写时,暗许调用object.__new__),实例化对象;然后再实践类的__init__方法,对这些目的举办开头化,全数我们得以借助这些,实现单例形式

import threading
class Singleton(object):
    _instance_lock = threading.Lock()

    def __init__(self):
        pass


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

obj1 = Singleton()
obj2 = Singleton()
print(obj1,obj2)

def task(arg):
    obj = Singleton()
    print(obj)

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

打字与印刷结果如下:

<__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>

 

动用这种艺术的单例格局,未来实例化对象时,和平时实例化对象的措施同样 obj = Singleton() 

 

3.基于__new__方法达成

通过上边例子,大家得以理解,当大家兑现单例时,为了保证线程安全必要在里边参预锁

咱俩清楚,当大家实例化一个指标时,是先实施了类的__new__方法(大家没写时,默许调用object.__new__),实例化对象;然后再实行类的__init__方法,对这一个目的举办伊始化,全体大家能够依靠那个,完结单例方式

import threading
class Singleton(object):
    _instance_lock = threading.Lock()

    def __init__(self):
        pass


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

obj1 = Singleton()
obj2 = Singleton()
print(obj1,obj2)

def task(arg):
    obj = Singleton()
    print(obj)

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

打字与印刷结果如下:

<__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>

 

运用这种形式的单例方式,现在实例化对象时,和平常实例化对象的秘籍一样 obj = Singleton() 

 

5.基于metaclass格局达成

4.基于metaclass方式完成

相关知识

"""
1.类由type创建,创建类时,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)
2.对象由类创建,创建对象时,类的__init__方法自动执行,对象()执行类的 __call__ 方法
"""

例子:

class Foo:
    def __init__(self):
        pass

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

obj = Foo()
# 执行type的 __call__ 方法,调用 Foo类(是type的对象)的 __new__方法,用于创建对象,然后调用 Foo类(是type的对象)的 __init__方法,用于对对象初始化。

obj()    # 执行Foo的 __call__ 方法    

 

元类的行使

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

    def __call__(cls, *args, **kwargs): # 这里的cls,即Foo类
        print('cls',cls)
        obj = cls.__new__(cls,*args, **kwargs)
        cls.__init__(obj,*args, **kwargs) # Foo.__init__(obj)
        return obj

class Foo(metaclass=SingletonType): # 指定创建Foo的type为SingletonType
    def __init__(self,name):
        self.name = name
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        return object.__new__(cls)

obj = Foo('xx')

 

连锁文化

"""
1.类由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)
2.对象由类创建,创建对象时候类的__init__方法自动执行,对象()执行类的 __call__ 方法
"""

例子:

class Foo:
    def __init__(self):
        pass

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

obj = Foo()
# 执行type的 __call__ 方法,调用 Foo类(是type的对象)的 __new__方法,用于创建对象,然后调用 Foo类(是type的对象)的 __init__方法,用于对对象初始化。

obj()    # 执行Foo的 __call__ 方法    

 

元类的应用

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

    def __call__(cls, *args, **kwargs): # 这里的cls,即Foo类
        print('cls',cls)
        obj = cls.__new__(cls,*args, **kwargs)
        cls.__init__(obj,*args, **kwargs) # Foo.__init__(obj)
        return obj

class Foo(metaclass=SingletonType): # 指定创建Foo的type为SingletonType
    def __init__(self):
        pass
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        return object.__new__(cls, *args, **kwargs)

obj = Foo()

 

贯彻单例格局

import threading

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

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


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

 

 

福寿年高单例方式

import threading

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

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


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

 

 

单例形式 单例格局(Singleton Pattern) 是后生可畏种常用的软件设计格局,该形式...

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