Python中的单例模式的几种实现方式的优缺点及优化
单例模式
单例模式(Singleton Pattern)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
实现单例模式的几种方式
1.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:
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 a import singleton
2.使用装饰器
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)
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
一般情况,大家以为这样就完成了单例模式,但是这样当使用多线程时会存在问题
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()
程序执行后,打印结果如下:
<__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):
import time
time.sleep(1)
重新执行程序后,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>
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
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>
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,改成下面的这样就行:
@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
这样,一个可以支持多线程的单例模式就完成了
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)
完整代码
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
4.基于__new__方法实现(推荐使用,方便)
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
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()
打印结果如下:
<__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>
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()
5.基于metaclass方式实现
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
元类的使用
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,name):
self.name = name
def __new__(cls, *args, **kwargs):
return object.__new__(cls) obj = Foo('xx')
实现单例模式
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)
Python中的单例模式的几种实现方式的优缺点及优化的更多相关文章
- Python中的单例模式的几种实现方式的及优化
单例模式 单例模式(Singleton Pattern)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. ...
- Python中的单例模式的几种实现方式和优化以及pyc文件解释(转)
原文:https://www.cnblogs.com/huchong/p/8244279.html 另一篇关于.pyc文件是什么? 原文: http://blog.sina.com.cn//s/bl ...
- python中package机制的两种实现方式
当执行import module时,解释器会根据下面的搜索路径,搜索module1.py文件. 1) 当前工作目录 2) PYTHONPATH中的目录 3) Python安装目录 (/usr/loca ...
- python中for循环的三种遍历方式
#!/usr/bin/env python# -*- coding: utf-8 -*-if __name__ == '__main__': list = ['A', 'B', 'C', 'D'] # ...
- python中主要存在的四种命名方式:
1.object -- 公用方法 2._object -- 办保护 (1)被看做是‘protect’,意思是只用类对象和自来对象自己能访问的变量 (2)在模块或类外不可以使用,不能用 ‘from m ...
- Python学习笔记之在Python中实现单例模式
有些时候你的项目中难免需要一些全局唯一的对象,这些对象大多是一些工具性的东西,在Python中实现单例模式并不是什么难事.以下总结几种方法: 使用类装饰器 使用装饰器实现单例类的时候,类本身并不知道自 ...
- Python 单例模式的几种实现方式
单例模式的几种实现方式 先来看几个魔法方法的简单运用:__new__, __init__, __call__. class A(object): def __init__(self, x): prin ...
- JAVA中单例模式的几种实现方式
1 线程不安全的实现方法 首先介绍java中最基本的单例模式实现方式,我们可以在一些初级的java书中看到.这种实现方法不是线程安全的,所以在项目实践中如果涉及到线程安全就不会使用这种方式.但是如果不 ...
- python中执行shell的两种方法总结
这篇文章主要介绍了python中执行shell的两种方法,有两种方法可以在Python中执行SHELL程序,方法一是使用Python的commands包,方法二则是使用subprocess包,这两个包 ...
随机推荐
- Android HandlerThread 源码分析
HandlerThread 简介: 我们知道Thread线程是一次性消费品,当Thread线程执行完一个耗时的任务之后,线程就会被自动销毁了.如果此时我又有一 个耗时任务需要执行,我们不得不重新创建线 ...
- dva + antd + mockjs 实现基础用户管理
1.安装dva-cli npm install dva-cli -g 2.创建应用 dva new dvadashboard [dvadashboard为项目名] 3.安装mockjs ...
- 不同ios系统下mainscreen的applicationFrame和bounds值測试
打印结果(横屏,3.5寸.若4寸则最后一项对应添加) ios6: 2014-04-26 10:57:12.300 testAccount[18525:907] applicationFrame: {{ ...
- lua 中pairs 和 ipairs差别
ipairs 和pairs在lua中都是遍历tbale的函数可是两者有差别 1.pairs遍历table中的全部的key-vale 而ipairs会依据key的数值从1開始加1递增遍历相应的table ...
- HDU1065 I Think I Need a Houseboat 【数学递推】
I Think I Need a Houseboat Time Limit: 2000/1000 MS (Java/Others) Memory Limit: 65536/32768 K (Ja ...
- XMind常用快捷方式汇总
快捷键(Windows) 快捷键(Mac) 描述 Ctrl+N Command+N 建立新工作簿 Ctrl+O Command+O 开启工作簿 Ctrl+S Command+S 储存目前工作簿 Ctr ...
- Python的几个常用模块
一.sys 用于提供对Python解释器相关的操作: sys.argv 命令行参数List,第一个元素是程序本身路径 sys.exit(n) 退出程序,正常退出时exit(0) sys.version ...
- 多线程编程学习笔记——async和await(三)
接上文 多线程编程学习笔记——async和await(一) 接上文 多线程编程学习笔记——async和await(二) 五. 处理异步操作中的异常 本示例学习如何在异步函数中处理异常,学习如何对多 ...
- WEB版一次选择多个图片进行批量上传(WebUploader)的解决方案
最近在学习百度的开源上传组件WebUploader,上一篇文章,学习了批量文件上传,今天学习一下批量图片上传,实际上与文件上传很类似,只是添加了图片显示功能,这个功能WebUploader组件中已经提 ...
- org.springframework.web.HttpMediaTypeNotAcceptableException: Could not find acceptable representation
异常信息 org.springframework.web.HttpMediaTypeNotAcceptableException: Could not find acceptable represen ...