單例模式是一個(gè)軟件的設(shè)計(jì)模式，為了保證一個(gè)類(lèi)，無(wú)論調(diào)用多少次產(chǎn)生的實(shí)例對(duì)象，都是指向同一個(gè)內(nèi)存地址，僅僅只有一個(gè)實(shí)例（只有一個(gè)對(duì)象）。

實(shí)現(xiàn)單例模式的手段有很多種，但總的原則是保證一個(gè)類(lèi)只要實(shí)例化一個(gè)對(duì)象，下一次再實(shí)例的時(shí)候就直接返回這個(gè)對(duì)象，不再做實(shí)例化的操作。所以這里面的關(guān)鍵一點(diǎn)就是，如何判斷這個(gè)類(lèi)是否實(shí)例化過(guò)一個(gè)對(duì)象。

這里介紹兩類(lèi)方式：

一類(lèi)是通過(guò)模塊導(dǎo)入的方式； 一類(lèi)是通過(guò)魔法方法判斷的方式；

# 基本原理：- 第一類(lèi)通過(guò)模塊導(dǎo)入的方式，借用了模塊導(dǎo)入時(shí)的底層原理實(shí)現(xiàn)。- 當(dāng)一個(gè)模塊（py文件）被導(dǎo)入時(shí)，首先會(huì)執(zhí)行這個(gè)模塊的代碼，然后將這個(gè)模塊的名稱(chēng)空間加載到內(nèi)存。- 當(dāng)這個(gè)模塊第二次再被導(dǎo)入時(shí)，不會(huì)再執(zhí)行該文件，而是直接在內(nèi)存中找。- 于是，如果第一次導(dǎo)入模塊，執(zhí)行文件源代碼時(shí)實(shí)例化了一個(gè)類(lèi)，那再次導(dǎo)入的時(shí)候，就不會(huì)再實(shí)例化。- 第二類(lèi)主要是基于類(lèi)和元類(lèi)實(shí)現(xiàn)，在’對(duì)象’的魔法方法中判斷是否已經(jīng)實(shí)例化過(guò)一個(gè)對(duì)象- 這類(lèi)方式，根據(jù)實(shí)現(xiàn)的手法不同，又分為不同的方法，如：- 通過(guò)類(lèi)的綁定方法；通過(guò)元類(lèi)；通過(guò)類(lèi)下的__new__；通過(guò)裝飾器（函數(shù)裝飾器，類(lèi)裝飾器）實(shí)現(xiàn)等。

下面分別介紹這幾種不同的實(shí)現(xiàn)方式，僅供參考實(shí)現(xiàn)思路，不做具體需求。

通過(guò)模塊導(dǎo)入

# cls_singleton.pyclass Foo(object): passinstance = Foo()# test.pyimport cls_singletonobj1 = cls_singleton.instanceobj2 = cls_singleton.instanceprint(obj1 is obj2)# 原理：模塊第二次導(dǎo)入從內(nèi)存找的機(jī)制通過(guò)類(lèi)的綁定方法

class Student: _instance = None# 記錄實(shí)例化對(duì)象 def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age @classmethod def get_singleton(cls, *args, **kwargs): if not cls._instance: cls._instance = cls(*args, **kwargs) return cls._instancestu1 = Student.get_singleton(’jack’, 18)stu2 = Student.get_singleton(’jack’, 18)print(stu1 is stu2)print(stu1.__dict__, stu2.__dict__)# 原理：類(lèi)的綁定方法是第二種實(shí)例化對(duì)象的方式，# 第一次實(shí)例化的對(duì)象保存成類(lèi)的數(shù)據(jù)屬性 _instance，# 第二次再實(shí)例化時(shí)，在get_singleton中判斷已經(jīng)有了實(shí)例對(duì)象，直接返回類(lèi)的數(shù)據(jù)屬性 _instance

補(bǔ)充：這種方式實(shí)現(xiàn)的單例模式有一個(gè)明顯的bug；bug的根源在于如果用戶不通過(guò)綁定類(lèi)的方法實(shí)例化對(duì)象，而是直接通過(guò)類(lèi)名加括號(hào)實(shí)例化對(duì)象，那這樣不再是單利模式了。

通過(guò)魔法方法__new__

class Student: _instance = None def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def __new__(cls, *args, **kwargs): # if cls._instance: # return cls._instance# 有實(shí)例則直接返回 # else: # cls._instance = super().__new__(cls)# 沒(méi)有實(shí)例則new一個(gè)并保存 # return cls._instance# 這個(gè)返回是給是給init，再實(shí)例化一次，也沒(méi)有關(guān)系 if not cls._instance: # 這是簡(jiǎn)化的寫(xiě)法，上面注釋的寫(xiě)法更容易提現(xiàn)判斷思路 cls._instance = super().__new__(cls) return cls._instancestu1 = Student(’jack’, 18)stu2 = Student(’jack’, 18)print(stu1 is stu2)print(stu1.__dict__, stu2.__dict__)# 原理：和方法2類(lèi)似，將判斷的實(shí)現(xiàn)方式，從類(lèi)的綁定方法中轉(zhuǎn)移到類(lèi)的__new__中# 歸根結(jié)底都是 判斷類(lèi)有沒(méi)有實(shí)例，有則直接返回，無(wú)則實(shí)例化并保存到_instance中。

補(bǔ)充：這種方式可以近乎完美地實(shí)現(xiàn)單例模式，但是依然不夠完美。不完美的地方在于沒(méi)有考慮到并發(fā)的極端情況下，有可能多個(gè)線程同一時(shí)刻實(shí)例化對(duì)象。關(guān)于這一點(diǎn)的補(bǔ)充內(nèi)容在本文的最后一節(jié)介紹(!!!進(jìn)階必會(huì))。

通過(guò)元類(lèi)**

class Mymeta(type): def __init__(cls, name, bases, dic): super().__init__(name, bases, dic) cls._instance = None # 將記錄類(lèi)的實(shí)例對(duì)象的數(shù)據(jù)屬性放在元類(lèi)中自動(dòng)定義了 def __call__(cls, *args, **kwargs): # 此call會(huì)在類(lèi)被調(diào)用（即實(shí)例化時(shí)觸發(fā)） if cls._instance: # 判斷類(lèi)有沒(méi)有實(shí)例化對(duì)象 return cls._instance else: # 沒(méi)有實(shí)例化對(duì)象時(shí)，控制類(lèi)造空對(duì)象并初始化 obj = cls.__new__(cls, *args, **kwargs) obj.__init__(*args, **kwargs) cls._instance = obj # 保存對(duì)象，下一次再實(shí)例化可以直接返回而不用再造對(duì)象 return objclass Student(metaclass=Mymeta): def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = agestu1 = Student(’jack’, 18)stu2 = Student(’jack’, 18)print(stu1 is stu2)print(stu1.__dict__, stu2.__dict__)# 原理：類(lèi)定義時(shí)會(huì)調(diào)用元類(lèi)下的__init__，類(lèi)調(diào)用(實(shí)例化對(duì)象)時(shí)會(huì)觸發(fā)元類(lèi)下的__call__方法# 類(lèi)定義時(shí)，給類(lèi)新增一個(gè)空的數(shù)據(jù)屬性，# 第一次實(shí)例化時(shí)，實(shí)例化之后就將這個(gè)對(duì)象賦值給類(lèi)的數(shù)據(jù)屬性；第二次再實(shí)例化時(shí)，直接返回類(lèi)的這個(gè)數(shù)據(jù)屬性# 和方式3的不同之處1：類(lèi)的這個(gè)數(shù)據(jù)屬性是放在元類(lèi)中自動(dòng)定義的，而不是在類(lèi)中顯示的定義的。# 和方式3的不同之處2：類(lèi)調(diào)用時(shí)觸發(fā)元類(lèi)__call__方法判斷是否有實(shí)例化對(duì)象，而不是在類(lèi)的綁定方法中判斷函數(shù)裝飾器

def singleton(cls): _instance_dict = {} # 采用字典，可以裝飾多個(gè)類(lèi)，控制多個(gè)類(lèi)實(shí)現(xiàn)單例模式 def inner(*args, **kwargs): if cls not in _instance_dict: _instance_dict[cls] = cls(*args, **kwargs) return _instance_dict.get(cls) return inner@singletonclass Student: def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age # def __new__(cls, *args, **kwargs): # 將方法3的這部分代碼搬到了函數(shù)裝飾器中 # if not cls._instance: # cls._instance = super().__new__(cls) # return cls._instan stu1 = Student(’jack’, 18)stu2 = Student(’jack’, 18)print(stu1 is stu2)print(stu1.__dict__, stu2.__dict__)類(lèi)裝飾器

class SingleTon: _instance_dict = {} def __init__(self, cls_name): self.cls_name = cls_name def __call__(self, *args, **kwargs): if self.cls_name not in SingleTon._instance_dict: SingleTon._instance_dict[self.cls_name] = self.cls_name(*args, **kwargs) return SingleTon._instance_dict.get(self.cls_name)@SingleTon # 這個(gè)語(yǔ)法糖相當(dāng)于Student = SingleTon(Student),即Student是SingleTon的實(shí)例對(duì)象class Student: def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = agestu1 = Student(’jack’, 18)stu2 = Student(’jack’, 18)print(stu1 is stu2)print(stu1.__dict__, stu2.__dict__)# 原理：在函數(shù)裝飾器的思路上，將裝飾器封裝成類(lèi)。# 程序執(zhí)行到與語(yǔ)法糖時(shí)，會(huì)實(shí)例化一個(gè)Student對(duì)象，這個(gè)對(duì)象是SingleTon的對(duì)象。# 后面使用的Student本質(zhì)上使用的是SingleTon的對(duì)象。# 所以使用Student(’jack’, 18)來(lái)實(shí)例化對(duì)象，其實(shí)是在調(diào)用SingleTon的對(duì)象，會(huì)觸發(fā)其__call__的執(zhí)行# 所以就在__call__中，判斷Student類(lèi)有沒(méi)有實(shí)例對(duì)象了。!!!進(jìn)階必會(huì)

本部分主要是補(bǔ)充介紹多線程并發(fā)情況下，多線程高并發(fā)時(shí)，如果同時(shí)有多個(gè)線程同一時(shí)刻（極端條件下）事例化對(duì)象，那么就會(huì)出現(xiàn)多個(gè)對(duì)象，這就不再是單例模式了。

解決這個(gè)多線程并發(fā)帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，第一個(gè)想到的是加互斥鎖，于是我們就用互斥鎖的原理來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

解決的關(guān)鍵點(diǎn)，無(wú)非就是將具體示例化操作的部分加一把鎖，這樣同時(shí)來(lái)的多個(gè)線程就需要排隊(duì)。

這樣一來(lái)只有第一個(gè)搶到鎖的線程實(shí)例化一個(gè)對(duì)象并保存在_instance中，同一時(shí)刻搶鎖的其他線程再搶到鎖后，不會(huì)進(jìn)入這個(gè)判斷if not cls._instance，直接把保存在_instance的對(duì)象返回了。這樣就實(shí)現(xiàn)了多線程下的單例模式。

此時(shí)還有一個(gè)問(wèn)題需要解決，后面所有再事例對(duì)象時(shí)都需要再次搶鎖，這會(huì)大大降低執(zhí)行效率。解決這個(gè)問(wèn)題也很簡(jiǎn)單，直接在搶鎖前，判斷下是否有單例對(duì)象了，如果有就不再往下?lián)屾i了（代碼第11行判斷存在的意義）。

import threadingclass Student: _instance = None# 保存單例對(duì)象 _lock = threading.RLock() # 鎖 def __new__(cls, *args, **kwargs):if cls._instance:# 如果已經(jīng)有單例了就不再去搶鎖，避免IO等待 return cls._instancewith cls._lock:# 使用with語(yǔ)法，方便搶鎖釋放鎖 if not cls._instance:cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs) return cls._instance

以上就是python 6種方法實(shí)現(xiàn)單例模式的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于python 單例模式的資料請(qǐng)關(guān)注好吧啦網(wǎng)其它相關(guān)文章！