Python单例模式

网友投稿 702 2022-05-30

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。 """

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当类只有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时

比如:数据库链接、Socket创建链接

''' 对唯一实例的受控访问 单利相当于全局变量,但防止了命名空间被污染 与单利模式功能相似的概念:全局变量、静态变量(方法) 那为什么用单例模式,不用全局变量呢? 因为:全局变量可能会有名称空间的干扰,如果有重名的可能会被覆盖 '''

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单例模式的实现

# 文件导入的形式 """ 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: """

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# s1.py 文件中 class Foo(object): def test(self): print("123") v = Foo() # v是Foo的实例 ------ # s2.py 文件中 from s1 import v as v1 print(v1,id(v1)) # 35788560 from s1 import v as v2 print(v1,id(v2)) # 35788560 # 两个的内存地址是一样的 # 文件加载的时候,第一次导入后,再次导入时不会再重新加载。

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# ======================单例模式:无法支持多线程情况=============== class Singleton(object): def __init__(self): import time time.sleep(1) @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() ''' # 打印结果内存地址不一样,没有实现单例 <__main__.Singleton object at 0x000001FC58CFC5F8> <__main__.Singleton object at 0x000001FC58B72470> <__main__.Singleton object at 0x000001FC58CFC6D8> <__main__.Singleton object at 0x000001FC58D03048> <__main__.Singleton object at 0x000001FC58D3FDD8> <__main__.Singleton object at 0x000001FC58D40208> <__main__.Singleton object at 0x000001FC58D407B8> <__main__.Singleton object at 0x000001FC58D401D0> <__main__.Singleton object at 0x000001FC58D4A3C8> <__main__.Singleton object at 0x000001FC58D4A2E8> '''

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# ====================单例模式:支持多线程情况================、 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: # 为了保证线程安全在内部加锁 if not hasattr(Singleton, "_instance"): Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs) return Singleton._instance # 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 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) # 使用先说明,以后用单例模式,obj = Singleton.instance() # 示例: # obj1 = Singleton.instance() # obj2 = Singleton.instance() # print(obj1,obj2) # 错误示例 # obj1 = Singleton() # obj2 = Singleton() # print(obj1,obj2) ''' 打印结果: <__main__.Singleton object at 0x000001938A81A320> <__main__.Singleton object at 0x000001938A81A320> <__main__.Singleton object at 0x000001938A81A320> <__main__.Singleton object at 0x000001938A81A320> <__main__.Singleton object at 0x000001938A81A320> <__main__.Singleton object at 0x000001938A81A320> <__main__.Singleton object at 0x000001938A81A320> <__main__.Singleton object at 0x000001938A81A320> <__main__.Singleton object at 0x000001938A81A320> <__main__.Singleton object at 0x000001938A81A320> '''

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''' 通过上面例子,当我们实现单例时,为了保证线程安全需要在内部加入锁 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 '''

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# =============单线程下执行=============== 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"): # 类加括号就回去执行__new__方法,__new__方法会创建一个类实例:Singleton() Singleton._instance = object.__new__(cls) # 继承object类的__new__方法,类去调用方法,说明是函数,要手动传cls return Singleton._instance #obj1 # 类加括号就会先去执行__new__方法,在执行__init__方法 # obj1 = Singleton() # obj2 = Singleton() # print(obj1,obj2) # ===========多线程执行单利============ def task(arg): obj = Singleton() print(obj) for i in range(10): t = threading.Thread(target=task,args=[i,]) t.start() # 使用先说明,以后用单例模式,obj = Singleton() # 示例 # obj1 = Singleton() # obj2 = Singleton() # print(obj1,obj2) ''' 打印结果: <__main__.Singleton object at 0x000001EBEF5E3E80> <__main__.Singleton object at 0x000001EBEF5E3E80> <__main__.Singleton object at 0x000001EBEF5E3E80> <__main__.Singleton object at 0x000001EBEF5E3E80> <__main__.Singleton object at 0x000001EBEF5E3E80> <__main__.Singleton object at 0x000001EBEF5E3E80> <__main__.Singleton object at 0x000001EBEF5E3E80> <__main__.Singleton object at 0x000001EBEF5E3E80> <__main__.Singleton object at 0x000001EBEF5E3E80> <__main__.Singleton object at 0x000001EBEF5E3E80> '''

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""" 1.对象是类创建,创建对象时候类的__init__方法自动执行, 对象()执行类的 __call__ 方法 2.类是type创建,创建类时候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) # 第0步: 执行type的 __init__ 方法【类是type的对象】 class Foo: def __init__(self): pass def __call__(self, *args, **kwargs): pass # 第1步: 执行type的 __call__ 方法 # 1.1 调用 Foo类(是type的对象)的 __new__方法,用于创建对象。 # 1.2 调用 Foo类(是type的对象)的 __init__方法,用于对对象初始化。 obj = Foo() # 第2步:执行Foo的 __call__ 方法 obj() """ # ===========类的执行流程================ class SingletonType(type): def __init__(self,*args,**kwargs): print(self) # 会不会打印? # super(SingletonType,self).__init__(*args,**kwargs) def __call__(cls, *args, **kwargs): #cls = Foo obj = cls.__new__(cls, *args, **kwargs) obj.__init__(*args, **kwargs) return obj class Foo(metaclass=SingletonType): def __init__(self,name): self.name = name def __new__(cls, *args, **kwargs): return object.__new__(cls, *args, **kwargs) ''' 1、对象是类创建的,创建对象时类的__init__方法会自动执行, 对象()执行类的__call__方法 2、类是type创建的,创建类时候type类的__init__方法会自动执行, 类()会先执行type的__call__方法(调用类的__new__,__init__方法) Foo 这个类是由SingletonType这个类创建的 ''' obj = Foo("jaychou") # ============第三种方式实现单例模式================= 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)

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在Python3中继承type的就是元类

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元类的示例:

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# 方式一 class MyType(type): '''继承type的就是元类''' def __init__(self,*args,**kwargs): print("MyType创建的对象",self) #Foo super(MyType,self).__init__(*args,**kwargs) def __call__(self, *args, **kwargs): obj = super(MyType,self).__call__(*args,**kwargs) print("类创建对象",self,obj) #Foo class Foo(object,metaclass=MyType): # 对象加括号会去执行__call__方法,__call__方法里面继承了type的__call__方法 ,type的__call__方法里面会先执行__new__方法,再去执行__init__方法。 所以,Foo就是用type创建出来的 user = "haiyan" age = 18 obj = Foo()

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# 方式二 class MyType(type): def __init__(self, *args, **kwargs): print("ssss") super(MyType, self).__init__(*args, **kwargs) def __call__(cls, *args, **kwargs): v = dir(cls) obj = super(MyType, cls).__call__(*args, **kwargs) return obj # 对象加括号就会去执行__call__方法 class Foo(MyType('Zcc', (object,), {})): # MyType('Zcc', (object,), {})相当于class Zcc(object):pass,也就是创建了一个Zcc的类 user = 'haiyan' age = 18 obj = Foo()

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# 方式三 class MyType(type): def __init__(self, *args, **kwargs): print("ssss") super(MyType, self).__init__(*args, **kwargs) def __call__(cls, *args, **kwargs): v = dir(cls) obj = super(MyType, cls).__call__(*args, **kwargs) return obj # 对象加括号就会去执行__call__方法 def with_metaclass(arg,base): print("类对象",MyType('Zcc', (base,), {})) return arg('Zcc', (base,), {}) # 返回一个类对象 class Foo(with_metaclass(MyType,object)): # MyType('Zcc', (object,), {})相当于class Zcc(object):pass,也就是创建了一个Zcc的类 user = 'haiyan' age = 18 obj = Foo()

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class ASD(type): pass qqq = ASD("qwe", (object,), {}) #用ASD这个元类创建了一个(qwe,并且继承object类的)类 # class ASD(qwe): # pass obj = qqq() # 能创建类的是元类 # 能创建对象的是类 print(obj) # <__main__.qwe object at 0x00000000024FFBA8> print(obj.__class__) # print(obj.__class__.__class__) # print(obj.__class__.__class__.__class__) # print(obj.__class__.__class__.__class__.__class__) #

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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) ------ def wrapper(cls): instance = {} def inner(*args,**kwargs): if cls not in instance: instance[cls] = cls(*args,**kwargs) return instance[cls] return inner @wrapper class Singleton(object): def __init__(self,name,age): self.name = name self.age = age obj1 = Singleton('jaychou',22) obj2 = Singleton('eason',22) print(obj1) print(obj2)

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单例模式的应用

import pymysql import threading from DBUtils.PooledDB import PooledDB class SingletonDBPool(object): _instance_lock = threading.Lock() def __init__(self): self.pool = PooledDB( creator=pymysql, # 使用链接数据库的模块 maxconnections=6, # 连接池允许的最大连接数,0和None表示不限制连接数 mincached=2, # 初始化时,链接池中至少创建的空闲的链接,0表示不创建 maxcached=5, # 链接池中最多闲置的链接,0和None不限制 maxshared=3, # 链接池中最多共享的链接数量,0和None表示全部共享。PS: 无用,因为pymysql和MySQLdb等模块的 threadsafety都为1,所有值无论设置为多少,_maxcached永远为0,所以永远是所有链接都共享。 blocking=True, # 连接池中如果没有可用连接后,是否阻塞等待。True,等待;False,不等待然后报错 maxusage=None, # 一个链接最多被重复使用的次数,None表示无限制 setsession=[], # 开始会话前执行的命令列表。如:["set datestyle to ...", "set time zone ..."] ping=0, # ping MySQL服务端,检查是否服务可用。# 如:0 = None = never, 1 = default = whenever it is requested, 2 = when a cursor is created, 4 = when a query is executed, 7 = always host='127.0.0.1', port=3306, user='root', password='123', database='pooldb', charset='utf8' ) def __new__(cls, *args, **kwargs): if not hasattr(SingletonDBPool, "_instance"): with SingletonDBPool._instance_lock: if not hasattr(SingletonDBPool, "_instance"): SingletonDBPool._instance = object.__new__(cls, *args, **kwargs) return SingletonDBPool._instance def connect(self): return self.pool.connection()

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