单例模式
1 单例模式的概念（Singleton Pattern）
是一种常用的软件设计模式，主要目的是确保某一个类只有一个实例存在。
希望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。
使用需求: 程序运行起来 只需要一份
比如： admin的register
数据库连接，数据库连接池
(全局变量)
全局变量 --- 模块导入 (使用同一个数据)
单例模式
单例模式的应用—数据库连接池
class SingleDBpool(object):
def __init__(self):
self.pool = ...
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if not hasattr(cls,'_instance'):
cls._instance = super(SingleDBpool,cls).__new__(*args, **kwargs)
return cls._instance
def connect(self):
return self.pool.connection()
2 Python 中，单例模式的实现：
(1)使用模块
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。
# mysingleton.py
class My_Singleton(object):
def foo(self):
pass
my_singleton = My_Singleton()
将上面的代码保存在文件 mysingleton.py 中，然后这样使用：
from mysingleton import my_singleton
my_singleton.foo()
(2)使用 new
为了使类只能出现一个实例，我们可以使用 new 来控制实例的创建过程，代码如下：
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
(3)使用类方法
但是每次调用会很繁琐 A.get_instance(params) 无法支持多线程
class A(object):
instance = None
def __init__(self,name):
self.name = name
@classmethod
def get_instance(cls,*args,**kwargs):
if not cls.instance:
cls.instance = cls(*args,**kwargs)
return cls.instance
a = A.get_instance('aaa')
b = A.get_instance('bbb')
print(a.name)
多线程下，为什么会失效？
import threading
class Single(object):
instance = None
def __init__(self):
import time
time.sleep(0.5) # 有延时的情况
pass
@classmethod
def get_instance(cls,*args,**kwargs):
if not cls.instance:
cls.instance = cls(*args,**kwargs)
return cls.instance
def task(arg):
obj = Single.get_instance()
print(obj)
for i in range(5):
t = threading.Thread(target=task,args=[i,])
t.start()
结果：创建了不同的对象 -- 失效
# <__main__.Single object at 0x00000000029B8F60>
# <__main__.Single object at 0x00000000029B8E80>
# <__main__.Single object at 0x000000000299BD68>
# <__main__.Single object at 0x00000000029F2BE0>
# <__main__.Single object at 0x00000000029C2B38>
如何解决多线程下单例的失效?
>> 加线程锁
import threading
import time
class Single(object):
instance = None
_threading_lock = threading.Lock()
def __init__(self):
time.sleep(0.5)
@classmethod
def get_instance(cls,*args,**kwargs):
if not cls.instance: # 先判断是否存在(如果存在，说明不是多线程，直接获取)
with cls._threading_lock: # 加锁，只有一个线程进入，然后判断 单例是否存在
if not cls.instance: # 先判断是否存在(如果存在，说明不是多线程，直接获取)
cls.instance = cls(*args,**kwargs)
return cls.instance
return cls.instance
def task(arg):
obj = Single.get_instance()
print(obj)
for i in range(5):
t = threading.Thread(target=task,args=[i,])
t.start()
time.sleep(5)
obj = Single.get_instance()
print(obj)
(4)使用装饰器
可以使用装饰器来装饰某个类，使其只能生成一个实例
def Singleton(cls):
instance = []
def inner(*args,**kwargs):
if cls(*args,**kwargs) not in instance:
instance.append(cls(*args,**kwargs))
return instance[0]
return inner
@Singleton
class A(object):
pass
a = A()
b = A()
print(a == b)
(5)使用 metaclass
对象和类创建的 完整流程 ：
class F:
pass
1 执行type的 init 方法(类是type的对象)
obj = F()
2 执行type的 call 方法
2.1 调用 F类的 new 方法 (创建对象)
2.2 调用 F类的 init 方法 (对象初始化)
obj()
3 执行 F的 call 方法
# 继承 type 类(模拟重写 type -- 用于创建类)
class Single(type):
def __init__(self,*args,**kwargs):
super(Single,self).__init__(*args,**kwargs)
def __call__(cls, *args, **kwargs):
obj = cls.__new__(cls,*args, **kwargs)
cls.__init__(obj,*args, **kwargs)
return obj
# 用伪type 创建Foo类
class Foo(metaclass=Single): # 通过 Single 创建
def __init__(self,name):
self.name= name
def __new__(cls, *args, **kwargs):
return object.__new__(cls,*args, **kwargs)
元类（metaclass）可以控制类的创建过程，它主要做三件事：
拦截类的创建
修改类的定义
返回修改后的类
使用元类实现单例模式：
class Single(type): #
def __call__(cls, *args, **kwargs):
if not hasattr(cls,'_instance'):
cls._instance = cls.__new__(cls,*args, **kwargs)
return cls._instance
class Foo(metaclass=Single): # 通过 Single 创建
pass
这样 通过创建Single类，以后需要单例模式的类，可以指定 用 它来创建就可以了
Python 的模块是天然的单例模式，这在大部分情况下应该是够用的，也可以使用装饰器、元类等方法
metaclass补充
class MyType(type):
def __init__(self, *args, **kwargs):
super(MyType, self).__init__(*args, **kwargs)
def __call__(cls, *args, **kwargs):
return super(MyType, cls).__call__(*args, **kwargs)
def with_metaclass(base):
return MyType('XX', (base,), {})
class Foo(with_metaclass(object)):
pass
