你好，我是kelly，今天分享：Python单例模式，这是常见的设计模式之一。
什么是单例模式？
在Python代码运行过程中，一个类只允许创建一个实例，即内存中只存在一个类实例。
单例模式的常见使用场景：
数据库连接：程序只有一个数据库连接对象
配置信息：程序只有一个全局配置对象
日志记录器：程序只有一个日志记录器对象
Python单例的实现方法大体有下面的5种：
使用模块
使用装饰器
使用类
基于__new__方法
使用元类
平时用的最多还是第1和第4，其中第1种使用最方便，笔者也最常用，使用时不会出错。这里只介绍第1和第4种。
一、使用模块
前提知识：在Python中，模块（.py文件）天然是单例的，模块只会被加载一次。
新建design_singleton.py文件，存放单例的定义
class ToolUtil(object):
def __init__(self, name):
self.name = name
def do_cupboard(self):
print("{} 能打开柜子".format(self.name))
def do_screw(self):
print("{} 能拧螺丝".format(self.name))
tool_util = ToolUtil(name="工具集")新建main.py文件，使用已定义的单例
from design_singleton import tool_util
tool1 = tool_util
tool2 = tool_util
tool3 = tool_util
print(id(tool1))
print(id(tool2))
print(id(tool3))运行结果：
1486273127904
1486273127904
1486273127904不同tool（1、2、3）变量的内存地址相同，说明只存在一个类实例。
二、使用__new__方法
思想：在创建类实例时，判断是否已存在类实例，若存在则直接返回，否则创建新实例。
需要用到下面2个Python魔法方法：
__new__：用来创建类实例（分配类实例内存空间，并返回类实例的引用（内存地址））
__init__：用来对类实例进行初始化赋值
根据上述思想可以得到实现代码：
class ToolUtil(object):
_instance = None # 类属性，保存类实例
def __init__(self, name):
self.name = name
def __new__(cls, *args, **kwargs):
# 创建类对象时不需要args和kwargs参数
if cls._instance is None:
cls._instance = super().__new__(cls)
return cls._instance
tool1 = ToolUtil("工具集1")
print(id(tool1), tool1.name)
tool2 = ToolUtil("工具集2")
print(id(tool2), tool2.name)
tool3 = ToolUtil("工具集3")
print(id(tool3), tool3.name)运行结果：
3049865651104 工具集1
3049865651104 工具集2
3049865651104 工具集3不同tool（1、2、3）变量的确对应同个内存地址，内存中确实只存在一个实例。
但是，上面的实现存在2个问题：
问题1：类实例会多次赋值，后一次赋值覆盖前一次赋值
问题2：线程安全
问题1：类实例会多次赋值
解决方法：在对类实例初始化赋值时，进行控制。
class ToolUtilV2(object):
_instance = None
def __init__(self, name):
# 对类实例，初始化赋值
if not hasattr(self, "name"):
self.name = name
def __new__(cls, *args, **kwargs):
# 创建类实例时不需要args和kwargs参数
if cls._instance is None:
cls._instance = super().__new__(cls)
return cls._instance
tool1 = ToolUtilV2("工具集1")
print(id(tool1), tool1.name)
tool2 = ToolUtilV2("工具集2")
print(id(tool2), tool2.name)
tool3 = ToolUtilV2("工具集3")
print(id(tool3), tool3.name)运行结果：
1737772278688 工具集1
1737772278688 工具集1
1737772278688 工具集1类实例只会存在第一次赋值。
问题2：线程安全
解决方法：在多线程环境下存在线程安全问题，需要使用锁机制保证。
import threading
class ToolUtilV3(object):
_lock = threading.RLock() # 加锁，提供线程安全
_instance = None
def __init__(self, name):
if not hasattr(self, "name"):
self.name = name
def __new__(cls, *args, **kwargs):
# 创建类对象时不需要args和kwargs参数
if cls._instance is None:
with cls._lock:
cls._instance = super().__new__(cls)
return cls._instance
tool1 = ToolUtilV3("工具集1")
print(id(tool1), tool1.name)
tool2 = ToolUtilV3("工具集2")
print(id(tool2), tool2.name)
tool3 = ToolUtilV3("工具集3")
print(id(tool3), tool3.name)
运行结果：
1854786707712 工具集1
1854786707712 工具集1
1854786707712 工具集1好了，今天的分享就到这里。
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