這篇文章給大家介紹python中實(shí)現(xiàn)單例模式的方法有哪些，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對(duì)大家能有所幫助。
前言
單例模式(Singleton Pattern)，是一種軟件設(shè)計(jì)模式，是類(lèi)只能實(shí)例化一個(gè)對(duì)象，
目的是便于外界的訪(fǎng)問(wèn)，節(jié)約系統(tǒng)資源，如果希望系統(tǒng)中 只有一個(gè)對(duì)象可以訪(fǎng)問(wèn)，就用單例模式，
顯然單例模式的要點(diǎn)有三個(gè)；一是某個(gè)類(lèi)只能有一個(gè)實(shí)例；二是它必須自行創(chuàng)建這個(gè)實(shí)例；三是它必須自行向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。
在 Python 中，我們可以用多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)單例模式：
使用模塊
使用 __new__
使用裝飾器（decorator）
使用元類(lèi)（metaclass）
概念
簡(jiǎn)單說(shuō)，單例模式（也叫單件模式）的作用就是保證在整個(gè)應(yīng)用程序的生命周期中，任何一個(gè)時(shí)刻，單例類(lèi)的實(shí)例都只存在一個(gè)（當(dāng)然也可以不存在）
例子：
一臺(tái)計(jì)算機(jī)上可以連好幾個(gè)打印機(jī)，但是這個(gè)計(jì)算機(jī)上的打印程序只能有一個(gè)，這里就可以通過(guò)單例模式來(lái)避免兩個(gè)打印作業(yè)同時(shí)輸出到打印機(jī)中，即在整個(gè)的打印過(guò)程中我只有一個(gè)打印程序的實(shí)例。
super(B, self).__init__()是這樣理解的：super(B, self)首先找到B的父類(lèi)（就是類(lèi)A），然后把類(lèi)B的對(duì)象self轉(zhuǎn)換為類(lèi)A的對(duì)象（通過(guò)某種方式，一直沒(méi)有考究是什么方式，慚愧），然后“被轉(zhuǎn)換”的類(lèi)A對(duì)象調(diào)用自己的__init__函數(shù)?？紤]到super中只有指明子類(lèi)的機(jī)制，因此，在多繼承的類(lèi)定義中，通常我們保留使用類(lèi)似代碼段1的方法。
1. super并不是一個(gè)函數(shù)，是一個(gè)類(lèi)名，形如super(B, self)事實(shí)上調(diào)用了super類(lèi)的初始化函數(shù)，
產(chǎn)生了一個(gè)super對(duì)象；
2. super類(lèi)的初始化函數(shù)并沒(méi)有做什么特殊的操作，只是簡(jiǎn)單記錄了類(lèi)類(lèi)型和具體實(shí)例；
3. super(B, self).func的調(diào)用并不是用于調(diào)用當(dāng)前類(lèi)的父類(lèi)的func函數(shù)；
4. Python的多繼承類(lèi)是通過(guò)mro的方式來(lái)保證各個(gè)父類(lèi)的函數(shù)被逐一調(diào)用，而且保證每個(gè)父類(lèi)函數(shù)
只調(diào)用一次（如果每個(gè)類(lèi)都使用super）；
5. 混用super類(lèi)和非綁定的函數(shù)是一個(gè)危險(xiǎn)行為，這可能導(dǎo)致應(yīng)該調(diào)用的父類(lèi)函數(shù)沒(méi)有調(diào)用或者一
個(gè)父類(lèi)函數(shù)被調(diào)用多次。
__new__： 對(duì)象的創(chuàng)建，是一個(gè)靜態(tài)方法，第一個(gè)參數(shù)是cls。(想想也是，不可能是self，對(duì)象還沒(méi)創(chuàng)建，哪來(lái)的self)
__init__ ： 對(duì)象的初始化， 是一個(gè)實(shí)例方法，第一個(gè)參數(shù)是self。
__new__方法在類(lèi)定義中不是必須寫(xiě)的，如果沒(méi)定義，默認(rèn)會(huì)調(diào)用object.__new__去創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。如果定義了，就是override,可以custom創(chuàng)建對(duì)象的行為。
聰明的讀者可能想到，既然__new__可以custom對(duì)象的創(chuàng)建，那我在這里做一下手腳，每次創(chuàng)建對(duì)象都返回同一個(gè)，那不就是單例模式了嗎？沒(méi)錯(cuò)，就是這樣?？梢杂^(guān)摩《飄逸的python - 單例模式亂彈》
定義單例模式時(shí)，因?yàn)樽远x的__new__重載了父類(lèi)的__new__，所以要自己顯式調(diào)用父類(lèi)的__new__，即object.__new__(cls, *args, **kwargs)，或者用super()。，不然就不是extend原來(lái)的實(shí)例了，而是替換原來(lái)的實(shí)例。
代碼
重慶分公司
重慶分公司
import threading
class Signleton(object):
def __init__(self):
print("__init__ method called")
def __new__(cls):
print("__new__ method called")
mutex=threading.Lock()
mutex.acquire() # 上鎖，防止多線(xiàn)程下出問(wèn)題
if not hasattr(cls, 'instance'):
cls.instance = super(LogSignleton, cls).__new__(cls)
mutex.release()
return cls.instance
if __name__ == '__main__':
obj = Signleton()輸出結(jié)果：
>>> ================================ RESTART ================================ >>> __new__ method called __init__ method called >>>
說(shuō)明
1.從輸出結(jié)果來(lái)看，最先調(diào)用 __new__ 方法，然后調(diào)用__init__方法
2. __new__ 通常用于控制生成一個(gè)新實(shí)例的過(guò)程，它是類(lèi)級(jí)別的方法。
3. __init__ 通常用于初始化一個(gè)新實(shí)例，控制這個(gè)初始化的過(guò)程，比如添加一些屬性，做一些額外的操作，發(fā)生在類(lèi)實(shí)例被創(chuàng)建完以后。它是實(shí)例級(jí)別的方法。
方法1
__new__ 在__init__初始化前，就已經(jīng)實(shí)例化對(duì)象，可以利用這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)單例模式。
print '----------------------方法1--------------------------' #方法1,實(shí)現(xiàn)__new__方法 #并在將一個(gè)類(lèi)的實(shí)例綁定到類(lèi)變量_instance上, #如果cls._instance為None說(shuō)明該類(lèi)還沒(méi)有實(shí)例化過(guò),實(shí)例化該類(lèi),并返回 #如果cls._instance不為None,直接返回cls._instance class Singleton(object): def __new__(cls, *args, **kw): if not hasattr(cls, '_instance'): orig = super(Singleton, cls) cls._instance = orig.__new__(cls, *args, **kw) return cls._instance class MyClass(Singleton): a = 1 one = MyClass() two = MyClass() two.a = 3 print one.a #3 #one和two完全相同,可以用id(), ==, is檢測(cè) print id(one) #29097904 print id(two) #29097904 print one == two #True print one is two #True
方法2
print '----------------------方法2--------------------------'
#方法2,共享屬性;所謂單例就是所有引用(實(shí)例、對(duì)象)擁有相同的狀態(tài)(屬性)和行為(方法)
#同一個(gè)類(lèi)的所有實(shí)例天然擁有相同的行為(方法),
#只需要保證同一個(gè)類(lèi)的所有實(shí)例具有相同的狀態(tài)(屬性)即可
#所有實(shí)例共享屬性的最簡(jiǎn)單最直接的方法就是__dict__屬性指向(引用)同一個(gè)字典(dict)
#可參看:http://code.activestate.com/recipes/66531/
class Borg(object):
_state = {}
def __new__(cls, *args, **kw):
ob = super(Borg, cls).__new__(cls, *args, **kw)
ob.__dict__ = cls._state
return ob
class MyClass2(Borg):
a = 1
one = MyClass2()
two = MyClass2()
#one和two是兩個(gè)不同的對(duì)象,id, ==, is對(duì)比結(jié)果可看出
two.a = 3
print one.a
#3
print id(one)
#28873680
print id(two)
#28873712
print one == two
#False
print one is two
#False
#但是one和two具有相同的（同一個(gè)__dict__屬性）,見(jiàn):
print id(one.__dict__)
#30104000
print id(two.__dict__)
#30104000方法3
print '----------------------方法3--------------------------' #方法3:本質(zhì)上是方法1的升級(jí)（或者說(shuō)高級(jí)）版 #使用__metaclass__（元類(lèi)）的高級(jí)python用法 class Singleton2(type): def __init__(cls, name, bases, dict): super(Singleton2, cls).__init__(name, bases, dict) cls._instance = None def __call__(cls, *args, **kw): if cls._instance is None: cls._instance = super(Singleton2, cls).__call__(*args, **kw) return cls._instance class MyClass3(object): __metaclass__ = Singleton2 one = MyClass3() two = MyClass3() two.a = 3 print one.a #3 print id(one) #31495472 print id(two) #31495472 print one == two #True print one is two #True
方法4
print '----------------------方法4--------------------------'
#方法4:也是方法1的升級(jí)（高級(jí)）版本,
#使用裝飾器(decorator),
#這是一種更pythonic,更elegant的方法,
#單例類(lèi)本身根本不知道自己是單例的,因?yàn)樗旧?自己的代碼)并不是單例的
def singleton(cls, *args, **kw):
instances = {}
def _singleton():
if cls not in instances:
instances[cls] = cls(*args, **kw)
return instances[cls]
return _singleton
@singleton
class MyClass4(object):
a = 1
def __init__(self, x=0):
self.x = x
one = MyClass4()
two = MyClass4()
two.a = 3
print one.a
#3
print id(one)
#29660784
print id(two)
#29660784
print one == two
#True
print one is two
#True
one.x = 1
print one.x
#1
print two.x單例模式
單例模式（Singleton Pattern）是一種常用的軟件設(shè)計(jì)模式，該模式的主要目的是確保某一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例存在。當(dāng)你希望在整個(gè)系統(tǒng)中，某個(gè)類(lèi)只能出現(xiàn)一個(gè)實(shí)例時(shí)，單例對(duì)象就能派上用場(chǎng)。
比如，某個(gè)服務(wù)器程序的配置信息存放在一個(gè)文件中，客戶(hù)端通過(guò)一個(gè) AppConfig 的類(lèi)來(lái)讀取配置文件的信息。如果在程序運(yùn)行期間，有很多地方都需要使用配置文件的內(nèi)容，也就是說(shuō)，很多地方都需要?jiǎng)?chuàng)建 AppConfig 對(duì)象的實(shí)例，這就導(dǎo)致系統(tǒng)中存在多個(gè) AppConfig 的實(shí)例對(duì)象，而這樣會(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)內(nèi)存資源，尤其是在配置文件內(nèi)容很多的情況下。事實(shí)上，類(lèi)似 AppConfig 這樣的類(lèi)，我們希望在程序運(yùn)行期間只存在一個(gè)實(shí)例對(duì)象。
在 Python 中，我們可以用多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)單例模式：
使用模塊
使用 __new__
使用裝飾器（decorator）
使用元類(lèi)（metaclass）
使用模塊
其實(shí)，Python 的模塊就是天然的單例模式，因?yàn)槟K在第一次導(dǎo)入時(shí)，會(huì)生成 .pyc 文件，當(dāng)?shù)诙螌?dǎo)入時(shí)，就會(huì)直接加載 .pyc 文件，而不會(huì)再次執(zhí)行模塊代碼。因此，我們只需把相關(guān)的函數(shù)和數(shù)據(jù)定義在一個(gè)模塊中，就可以獲得一個(gè)單例對(duì)象了。如果我們真的想要一個(gè)單例類(lèi)，可以考慮這樣做：
# mysingleton.py class My_Singleton(object): def foo(self): pass my_singleton = My_Singleton()
將上面的代碼保存在文件 mysingleton.py 中，然后這樣使用：
from mysingleton import my_singleton my_singleton.foo()
使用 __new__
為了使類(lèi)只能出現(xiàn)一個(gè)實(shí)例，我們可以使用 __new__ 來(lái)控制實(shí)例的創(chuàng)建過(guò)程，代碼如下：
class Singleton(object): _instance = None def __new__(cls, *args, **kw): if not cls._instance: cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kw) return cls._instance class MyClass(Singleton): a = 1
在上面的代碼中，我們將類(lèi)的實(shí)例和一個(gè)類(lèi)變量 _instance 關(guān)聯(lián)起來(lái)，如果 cls._instance 為 None 則創(chuàng)建實(shí)例，否則直接返回 cls._instance。
執(zhí)行情況如下：
>>> one = MyClass() >>> two = MyClass() >>> one == two True >>> one is two True >>> id(one), id(two) (4303862608, 4303862608)
使用裝飾器
我們知道，裝飾器（decorator）可以動(dòng)態(tài)地修改一個(gè)類(lèi)或函數(shù)的功能。這里，我們也可以使用裝飾器來(lái)裝飾某個(gè)類(lèi)，使其只能生成一個(gè)實(shí)例，代碼如下：
from functools import wraps
def singleton(cls):
instances = {}
@wraps(cls)
def getinstance(*args, **kw):
if cls not in instances:
instances[cls] = cls(*args, **kw)
return instances[cls]
return getinstance
@singleton
class MyClass(object):
a = 1在上面，我們定義了一個(gè)裝飾器 singleton，它返回了一個(gè)內(nèi)部函數(shù) getinstance，該函數(shù)會(huì)判斷某個(gè)類(lèi)是否在字典 instances 中，如果不存在，則會(huì)將 cls 作為 key，cls(*args, **kw) 作為 value 存到 instances 中，否則，直接返回 instances[cls]。
使用 metaclass
元類(lèi)（metaclass）可以控制類(lèi)的創(chuàng)建過(guò)程，它主要做三件事：
攔截類(lèi)的創(chuàng)建
修改類(lèi)的定義
返回修改后的類(lèi)
使用元類(lèi)實(shí)現(xiàn)單例模式的代碼如下：
class Singleton(type):
_instances = {}
def __call__(cls, *args, **kwargs):
if cls not in cls._instances:
cls._instances[cls] = super(Singleton, cls).__call__(*args, **kwargs)
return cls._instances[cls]
# Python2
class MyClass(object):
__metaclass__ = Singleton
# Python3
# class MyClass(metaclass=Singleton):
# passpython是什么意思Python是一種跨平臺(tái)的、具有解釋性、編譯性、互動(dòng)性和面向?qū)ο蟮哪_本語(yǔ)言，其最初的設(shè)計(jì)是用于編寫(xiě)自動(dòng)化腳本，隨著版本的不斷更新和新功能的添加，常用于用于開(kāi)發(fā)獨(dú)立的項(xiàng)目和大型項(xiàng)目。
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