【设计模式】单例模式

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【设计模式】单例模式

2024-07-16 15:09| 来源: 网络整理| 查看: 265

文章目录一、单例模式概念二、应用场景三、实现核心原理四、单例模式代码实现方式4.1 使用模块4.2 使用装饰器4.3 懒汉式非线程安全的单例模式4.4 懒汉式线程安全的单例

一、单例模式概念

单例模式（Singleton Pattern）是最简单的设计模式之一，属于创建型模式。它提供了一种创建对象的最佳方式。

单例模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意：

1、单例类只能有一个实例。2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。每一次执行类名() 返回的对象，内存地址是相同

优点：

1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

二、应用场景

资源共享的情况下，避免由于资源操作时导致的性能或损耗等。如日志文件，应用配置。

控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。如线程池等。

网站的计数器不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。应用配置多线程池数据库配置，数据库连接池创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。应用程序的日志应用要求生产唯一序列号音乐播放对象回收站对象打印机对象

三、实现核心原理

重写类方法中的__new__方法

使用类名() 创建对象时，Python 的解释器首先会调用 __new__ 方法为对象分配空间__new__ 是一个由 object 基类提供的内置的静态方法，主要作用有两个：在内存中为对象分配空间返回对象的引用 Python 的解释器获得对象的引用后，将引用作为第一个参数，传递给 __init__ 方法

重写 __new__ 方法的代码非常固定！

重写 __new__ 方法一定要 return super().__new__(cls)否则 Python 的解释器得不到分配了空间的对象引用，就不会调用对象的初始化方法注意：__new__ 是一个静态方法，在调用时需要主动传递 cls 参数四、单例模式代码实现方式 4.1 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。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 4.2 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 Test(object): t = 1 def __init__(self, x=0): self.x = x t1 = Test(2) t2 = Test(3) 4.3 懒汉式非线程安全的单例模式

**描述：**这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

class Singleton(object): __instance = None def __new__(cls, name, age): # 如果类属性__instance的值为None，那么就创建一个对象 if not cls.__instance: cls.__instance = object.__new__(cls) # 如果已经有实例存在，直接返回 return cls.__instance a = Singleton("Zhangsan", 18) b = Singleton("lisi", 20) print(id(a)) print(id(b)) a.age = 30 # 给a指向的对象添加一个属性 print(b.age) # 获取b指向的对象的age属性 4.4 懒汉式线程安全的单例

**描述：**这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。

import threading """ 线程安全的单利模式紧跟with后面的语句被求值后，返回对象的 __enter__() 方法被调用，这个方法的返回值将被赋值给as后面的变量。当with后面的代码块全部被执行完之后，将调用前面返回对象的 __exit__()方法 """ def synchronized(func): func.__lock__ = threading.Lock() def lock_func(*args, **kwargs): with func.__lock__: return func(*args, **kwargs) return lock_func class Singleton(object): instance = None @synchronized def __new__(cls): # 关键在于这，每一次实例化的时候，我们都只会返回这同一个instance对象 if not cls.instance: cls.instance = super(Singleton, cls).__new__(cls) return cls.instance

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