单例模式(Singleton Pattern)，是一种软件设计模式，是类只能实例化一个对象，

　　　　目的是便于外界的访问，节约系统资源，如果希望系统中 只有一个对象可以访问，就用单例模式，

　　　　显然单例模式的要点有三个；一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。

在 Python 中，我们可以用多种方法来实现单例模式：

  • 使用模块
  • 使用 __new__
  • 使用装饰器（decorator）
  • 使用元类（metaclass）

概念

简单说，单例模式（也叫单件模式）的作用就是保证在整个应用程序的生命周期中，任何一个时刻，单例类的实例都只存在一个（当然也可以不存在）

 

例子：

一台计算机上可以连好几个打印机，但是这个计算机上的打印程序只能有一个，这里就可以通过单例模式来避免两个打印作业同时输出到打印机中，即在整个的打印过程中我只有一个打印程序的实例。

 

super(B, self).__init__()是这样理解的：super(B, self)首先找到B的父类（就是类A），然后把类B的对象self转换为类A的对象（通过某种方式，一直没有考究是什么方式，惭愧），然后“被转换”的类A对象调用自己的__init__函数。考虑到super中只有指明子类的机制，因此，在多继承的类定义中，通常我们保留使用类似代码段1的方法。

　　1. super并不是一个函数，是一个类名，形如super(B, self)事实上调用了super类的初始化函数，
       产生了一个super对象；
　　2. super类的初始化函数并没有做什么特殊的操作，只是简单记录了类类型和具体实例；
　　3. super(B, self).func的调用并不是用于调用当前类的父类的func函数；
　　4. Python的多继承类是通过mro的方式来保证各个父类的函数被逐一调用，而且保证每个父类函数
       只调用一次（如果每个类都使用super）；
　　5. 混用super类和非绑定的函数是一个危险行为，这可能导致应该调用的父类函数没有调用或者一
       个父类函数被调用多次。

__new__： 对象的创建，是一个静态方法，第一个参数是cls。(想想也是，不可能是self，对象还没创建，哪来的self)
__init__ ： 对象的初始化， 是一个实例方法，第一个参数是self。

 

__new__方法在类定义中不是必须写的，如果没定义，默认会调用object.__new__去创建一个对象。如果定义了，就是override,可以custom创建对象的行为。
聪明的读者可能想到，既然__new__可以custom对象的创建，那我在这里做一下手脚，每次创建对象都返回同一个，那不就是单例模式了吗？没错，就是这样。可以观摩《飘逸的python - 单例模式乱弹》
定义单例模式时，因为自定义的__new__重载了父类的__new__，所以要自己显式调用父类的__new__，即object.__new__(cls, *args, **kwargs)，或者用super()。，不然就不是extend原来的实例了，而是替换原来的实例。

 

 

代码

import threading

 

class Signleton(object):

    def __init__(self):

        print("__init__ method called")

 

    def __new__(cls):

        print("__new__ method called")

        mutex=threading.Lock()

        mutex.acquire() # 上锁，防止多线程下出问题

        if not hasattr(cls, 'instance'):

            cls.instance = super(LogSignleton, cls).__new__(cls)

        mutex.release()

        return cls.instance

 

if __name__ == '__main__':

obj = Signleton()

 

输出结果：

>>> ================================ RESTART ================================

>>>

__new__ method called

__init__ method called

>>> 

 

说明

1.从输出结果来看，最先调用 __new__ 方法，然后调用__init__方法

2. __new__ 通常用于控制生成一个新实例的过程，它是类级别的方法。

3. __init__ 通常用于初始化一个新实例，控制这个初始化的过程，比如添加一些属性，做一些额外的操作，发生在类实例被创建完以后。它是实例级别的方法。

 

 

 

方法1;

　　__new__ 在__init__初始化前，就已经实例化对象，可以利用这个方法实现单例模式。

  1. print '----------------------方法1--------------------------'  
  2. #方法1,实现__new__方法  
  3. #并在将一个类的实例绑定到类变量_instance上,  
  4. #如果cls._instance为None说明该类还没有实例化过,实例化该类,并返回  
  5. #如果cls._instance不为None,直接返回cls._instance  
  6. class Singleton(object):  
  7. def __new__(cls, *args, **kw):  
  8. if not hasattr(cls, '_instance'):  
  9. cls)  
  10. cls._instance = orig.__new__(cls, *args, **kw)  
  11. return cls._instance  
  12.   
  13. class MyClass(Singleton):  
  14. 1  
  15.   
  16. one = MyClass()  
  17. two = MyClass()  
  18.   
  19. two.a = 3  
  20. print one.a  
  21. #3  
  22. #one和two完全相同,可以用id(), ==, is检测  
  23. print id(one)  
  24. #29097904  
  25. print id(two)  
  26. #29097904  
  27. print one == two  
  28. #True  
  29. print one is two  
  30. #True 


  1. print '----------------------方法2--------------------------'  
  2. #方法2,共享属性;所谓单例就是所有引用(实例、对象)拥有相同的状态(属性)和行为(方法)  
  3. #同一个类的所有实例天然拥有相同的行为(方法),  
  4. #只需要保证同一个类的所有实例具有相同的状态(属性)即可  
  5. #所有实例共享属性的最简单最直接的方法就是__dict__属性指向(引用)同一个字典(dict)  
  6. #可参看:http://code.activestate.com/recipes/66531/  
  7. class Borg(object):  
  8.     _state = {}  
  9. def __new__(cls, *args, **kw):  
  10. cls).__new__(cls, *args, **kw)  
  11. cls._state  
  12. return ob  
  13.   
  14. class MyClass2(Borg):  
  15. 1  
  16.   
  17. one = MyClass2()  
  18. two = MyClass2()  
  19.   
  20. #one和two是两个不同的对象,id, ==, is对比结果可看出  
  21. two.a = 3  
  22. print one.a  
  23. #3  
  24. print id(one)  
  25. #28873680  
  26. print id(two)  
  27. #28873712  
  28. print one == two  
  29. #False  
  30. print one is two  
  31. #False  
  32. #但是one和two具有相同的（同一个__dict__属性）,见:  
  33. print id(one.__dict__)  
  34. #30104000  
  35. print id(two.__dict__)  
  36. #30104000  
  37.   
  38. print '----------------------方法3--------------------------'  
  39. #方法3:本质上是方法1的升级（或者说高级）版  
  40. #使用__metaclass__（元类）的高级python用法  
  41. class Singleton2(type):  
  42. def __init__(cls, name, bases, dict):  
  43. cls).__init__(name, bases, dict)  
  44. cls._instance = None  
  45. def __call__(cls, *args, **kw):  
  46. if cls._instance is None:  
  47. cls._instance = super(Singleton2, cls).__call__(*args, **kw)  
  48. return cls._instance  
  49.   
  50. class MyClass3(object):  
  51.     __metaclass__ = Singleton2  
  52.   
  53. one = MyClass3()  
  54. two = MyClass3()  
  55.   
  56. two.a = 3  
  57. print one.a  
  58. #3  
  59. print id(one)  
  60. #31495472  
  61. print id(two)  
  62. #31495472  
  63. print one == two  
  64. #True  
  65. print one is two  
  66. #True  
  67.   
  68. print '----------------------方法4--------------------------'  
  69. #方法4:也是方法1的升级（高级）版本,  
  70. #使用装饰器(decorator),  
  71. #这是一种更pythonic,更elegant的方法,  
  72. #单例类本身根本不知道自己是单例的,因为他本身(自己的代码)并不是单例的  
  73. def singleton(cls, *args, **kw):  
  74.     instances = {}  
  75. def _singleton():  
  76. if cls not in instances:  
  77. cls] = cls(*args, **kw)  
  78. return instances[cls]  
  79. return _singleton  
  80.  
  81. @singleton  
  82. class MyClass4(object):  
  83. 1  
  84. def __init__(self, x=0):  
  85. self.x = x  
  86.   
  87. one = MyClass4()  
  88. two = MyClass4()  
  89.   
  90. two.a = 3  
  91. print one.a  
  92. #3  
  93. print id(one)  
  94. #29660784  
  95. print id(two)  
  96. #29660784  
  97. print one == two  
  98. #True  
  99. print one is two  
  100. #True  
  101. one.x = 1  
  102. print one.x  
  103. #1  
  104. print two.x
    ==========================================================

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：

  • 使用模块
  • 使用 __new__
  • 使用装饰器（decorator）
  • 使用元类（metaclass）

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 My_Singleton(object): def foo(self): pass my_singleton = My_Singleton()


1



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# mysingleton.py



classMy_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()


1



2



3



from mysingleton import my_singleton



 



my_singleton.foo()


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


1



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classSingleton(object):



_instance=None



def __new__(cls,*args,**kw):



ifnotcls._instance:



cls._instance=super(Singleton,cls).__new__(cls,*args,**kw)  



returncls._instance  



 



classMyClass(Singleton):  



a=1


在上面的代码中，我们将类的实例和一个类变量 _instance 关联起来，如果 cls._instance 为 None 则创建实例，否则直接返回 cls._instance。

执行情况如下：

>>> one = MyClass() >>> two = MyClass() >>> one == two True >>> one is two True >>> id(one), id(two) (4303862608, 4303862608)


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>>>one=MyClass()



>>>two=MyClass()



>>>one==two



True



>>>one istwo



True



>>>id(one),id(two)



(4303862608,4303862608)


使用装饰器

我们知道，装饰器（decorator）可以动态地修改一个类或函数的功能。这里，我们也可以使用装饰器来装饰某个类，使其只能生成一个实例，代码如下：

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


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from functools import wraps



 



def singleton(cls):



instances={}



@wraps(cls)



def getinstance(*args,**kw):



ifcls notininstances:



instances[cls]=cls(*args,**kw)



returninstances[cls]



returngetinstance



 



@singleton



classMyClass(object):



a=1


在上面，我们定义了一个装饰器 singleton，它返回了一个内部函数 getinstance，该函数会判断某个类是否在字典 instances 中，如果不存在，则会将 cls 作为 key，cls(*args, **kw) 作为 value 存到 instances 中，否则，直接返回 instances[cls]。

使用 metaclass

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的代码如下：

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): # pass


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classSingleton(type):



_instances={}



def __call__(cls,*args,**kwargs):



ifcls notincls._instances:



cls._instances[cls]=super(Singleton,cls).__call__(*args,**kwargs)



returncls._instances[cls]



 



# Python2



classMyClass(object):



__metaclass__=Singleton



 



# Python3



# class MyClass(metaclass=Singleton):



#    pass