python设计模式 - 单例模式之饿汉懒汉

python 环境

python==3.7.2

简介

单例模式要求类只能有一个实例化对象，该对象可以被全局访问。比如程序中配置文件被单例对象统一读取并在程序中全局使用，可避免产生多个配置类实例对象。类似的还有数据库的连接池管理，日志打印等场景。

使用场景

1. 需要频繁实例化然后销毁的对象。
2. 创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。
3. 有状态的工具类对象。
4. 频繁访问数据库或文件的对象。

单例模式优点

1. 单例模式只允许有一个单例对象存在
2. 资源利用率高

单例模式缺点

1. 由于单例模式时全局共享的，所以单例对象的状态维护需要特别小心。
2. 单例对象没有抽象层，扩展不便。
3. 单例对象一般职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。

饿汉式单例模式实现

预先加载，急切初始化，单例对象在类实例化前创建。

class Singleton(object):
    """  """
    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(Singleton, '_instance'):
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls)
        return cls._instance

    @classmethod
    def get_instance(cls):
        return cls._instance

    @classmethod
    def sum(cls, num1, num2):
        print(Singleton._instance)
        return num1 + num2

    @staticmethod
    def reduce(num1, num2):
        print(Singleton._instance)
        return num1 - num2

优点:
1. 线程安全
2. 在类实例化前已经创建好一个静态对象，调用时反应速度快
3. 直接执行其他方法或静态方法时，单例实例不会被初始化

缺点:
1. 不管使用与否，实例化前就初始化静态对象，有点资源浪费; ( 其实不算是大毛病)

懒汉式单例模式实现

懒汉式单例模式实现了资源的有效加载，只有在使用单例对象时才创建。

class Singleton(object):
    """
    # 懒汉模式: 只有在使用时才创建单例对象，实例化时不创建
    """
    _instance = None

    def __init__(self):
        if not hasattr(Singleton, '_instance'):
            print("__init__ method called, but no instance created")
        else:
            print("instance already created:", self._instance)

    @classmethod
    def get_instance(cls):
        if not cls._instance:
            cls._instance = Singleton()
        return cls._instance

优点:
1. 资源利用合理，不调用 get_instance 方法不创建单例对象

缺点:
1. 线程不安全，多线程时可能会获取到不同单例对象的情况。解决办法是加互斥锁，但会降低效率

模块级别的单例模式

在 python 中，所有模块都是单例。当导入模块时，如果该模块未导入，则导入该模块并实例化，如果该模块已导入，则直接返回实例化对象。

总结

建议使用 "饿汉式单例模型"，若采用 "懒汉式单例模型"，则特别注意加锁考虑线程安全问题。