Python 之单例模式

简介：单例模式(Singleton Pattern) 是最简单的设计模式之一，属于创建型的设计模式。单例模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一对象的方式，不需要实例化该类的对象。

特性：

- 单例类只有一个实例。
- 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
- 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

优点：

- 在内存中只有一个实例，减少内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例
- 避免对资源的多重占用

缺点：

• 没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化

应用场景

• 资源共享的情况下，避免由于资源操作时导致的性能损耗等。如日志文件，应用配置
• 控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。如线程池等。

实现核心原理

重写类方法中的____new____方法

• 使用类名()创建对象时，Python的解释器首先会调用____new____方法为对象分配空间

• ____new____是一个由object基类提供的内置静态方法，主要作用有：1.分配内存为对象分配空间；2.返回对象的引用

• Python的解释器获得对象的引用后，将引用作为第一个参数，传递给____init____方法

代码示例

1. 懒汉式 非线程安全的单例模式

   这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。

   class Singleton(object):
     instance = None
     
     def __new__(cls,name,age):
       if not cls.instance:
         cls.instance = object.__new__(cls)
       return cls.instance
   test1 = Singleton("zhangsan",18)
   test2 = Singleton("lisi",18)
   
   print(id(test1))
   print(id(test2))
   
   test1.age = 30
   print(test2.age)
   

   运行结果：

   4389937560
   4389937560
   30
   
   Process finished with exit code 0
   

2. 懒汉式 线程安全的单例

   这种方式具备很好的lazy loading 能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99%情况下不需要同步。

   优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费

   缺点：必须加锁synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率

   import threading
   
   
   def synchronized(func):
       func.__lock__ = threading.Lock()
   
       def lock_func(*args, **kwargs):
           with func.__lock__:
               return func(*args, **kwargs)
   
       return lock_func
   
   
   class Singleton(object):
       instance = None
   
       @synchronized
       def __new__(cls):
           if not cls.instance:
               cls.instance = super(Singleton, cls).__new__(cls)
           return cls.instance
   
   
   test1 = Singleton()
   test2 = Singleton()
   
   print(id(test1))
   print(id(test2))
   
   

   运行结果：

   4554555800
   4554555800
   
   Process finished with exit code 0
   

知识补充

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，而不会在此执行模块代码。因此，我们只需要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。例如：

#mysingleton.py
class Singleton(object):
  def foo(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

from xxxx import singleton

每天多努力那么一点点，积少成多