Python实现单例模式的五种写法总结

第Python实现单例模式的五种写法总结目录使用模块使用装饰器基于__new__方法实现基于metaclass方式实现单例模式（SingletonPattern）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：

使用模块使用装饰器使用类基于__new__方法实现基于metaclass方式实现

下面来详细介绍：

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：

classSingleton(object):

deffoo(self):

pass

singleton=Singleton()

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

frommysingletonimportsingleton

使用装饰器

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)

classSingleton(object):

def__init__(self):

pass

@classmethod

definstance(cls,*args,**kwargs):

ifnothasattr(Singleton,"_instance"):

Singleton._instance=Singleton(*args,**kwargs)

returnSingleton._instance

一般情况，大家以为这样就完成了单例模式，但是当使用多线程时会存在问题：

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()

程序执行后，打印结果如下：

__main__.Singletonobjectat0x02C933D0

__main__.Singletonobjectat0x02C933D0

__main__.Singletonobjectat0x02C933D0

__main__.Singletonobjectat0x02C933D0

__main__.Singletonobjectat0x02C933D0

__main__.Singletonobjectat0x02C933D0

__main__.Singletonobjectat0x02C933D0

__main__.Singletonobjectat0x02C933D0

__main__.Singletonobjectat0x02C933D0

__main__.Singletonobjectat0x02C933D0

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：

def__init__(self):

importtime

time.sleep(1)

重新执行程序后，结果如下：

__main__.Singletonobjectat0x034A3410

__main__.Singletonobjectat0x034BB990

__main__.Singletonobjectat0x034BB910

__main__.Singletonobjectat0x034ADED0

__main__.Singletonobjectat0x034E6BD0

__main__.Singletonobjectat0x034E6C10

__main__.Singletonobjectat0x034E6B90

__main__.Singletonobjectat0x034BBA30

__main__.Singletonobjectat0x034F6B90

__main__.Singletonobjectat0x034E6A90

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。

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)

打印结果如下：

__main__.Singletonobjectat0x02D6B110

__main__.Singletonobjectat0x02D6B110

__main__.Singletonobjectat0x02D6B110

__main__.Singletonobjectat0x02D6B110

__main__.Singletonobjectat0x02D6B110

__main__.Singletonobjectat0x02D6B110

__main__.Singletonobjectat0x02D6B110

__main__.Singletonobjectat0x02D6B110

__main__.Singletonobjectat0x02D6B110

__main__.Singletonobjectat0x02D6B110

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，改成下面这样就行：

@classmethod

definstance(cls,*args,**kwargs):

ifnothasattr(Singleton,"_instance"):

withSingleton._instance_lock:

ifnothasattr(Singleton,"_instance"):

Singleton._instance=Singleton(*args,**kwargs)

returnSingleton._instance

这样，一个可以支持多线程的单例模式就完成了。+

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)

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。

基于__new__方法实现

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。

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()

打印结果如下：

__main__.Singletonobjectat0x038B33D0__main__.Singletonobjectat0x038B33D0

__main__.Singletonobjectat0x038B33D0

__main__.Singletonobjectat0x038B33D0

__main__.Singletonobjectat0x038B33D0

__main__.Singletonobjectat0x038B33D0

__main__.Singletonobjectat0x038B33D0

__main__.Singletonobjectat0x038B33D0

__main__.Singletonobjectat0x038B33D0

__main__.Singletonobjectat0x038B33D0

__main__.Singletonobjectat0x038B33D0

__main__.Singletonobjectat0x038B33D0

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()。

基于metaclass方式实现

相关知识:

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)。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：

classFoo:

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