Python多线程下单例模式实现

单例模式算是在python用的比较多的设计模式，比较典型的应用场景包括：应用配置、日志文件、数据库调用…
其特点是在整个系统周期仅会初始化一次，因此可以减少内存占用空间以及避免多次实例化。比如类AppConfig会在整个系统多次进行调用，如果每次调用都进行实例化，无疑会拖慢系统运行效率。

关于单例模式实现， 网上有很多花里胡哨的方法，这里介绍一种比较常见的方法。使用__new__方法实现。

基本原理

python中实例化一个类时会在调用__init__方法前调用__new__方法，其接受的第一个参数是类本身，其余参数和__init__方法保持一致。因此可以在类中定义一个_instantce变量，在第一个进行示例化后将实例化的类保存到_instance中，之后实例化时只需判定_instance变量是否为空即可。

以实现一个全局计数器类为例

一个最简单的版本，这种实现方法会多次调用__init__函数，并且存在多线程重复实例化问题。

# -*- coding: utf-8 -*-

class GlobalCount(object):
    # 用来保存实例化后的类实例
    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if cls._instance:
            print("跳过实例化")
            return cls._instance
        else:
            cls._instance = super(GlobalCount, cls).__new__(cls)
            return cls._instance

    def __init__(self):
        self._count = 0

    @property
    def count(self):
        return self._count

    @count.setter
    def count(self, value):
        self._count = value

if __name__ == "__main__":
    for i in range(10):
        gc = GlobalCount()
        gc.count = gc.count + 1
        print(gc.count)

运行这段代码结果如下：

1
跳过实例化
1
跳过实例化
1
跳过实例化
1
跳过实例化
1
跳过实例化
1
跳过实例化
1
跳过实例化
1
跳过实例化
1
跳过实例化
1

可以看到，虽然避免了重复实例化的问题，但并没有达到我们想要的效果。

避免多次调用__init__函数

只需要在添加一个类变量:_init_flag作为标志位即可。在__init__方法内部将初始化相关的代码移动到if语句内，并在完成后将_init_flag设为False即可。

class GlobalCount(object):
    # 用来保存实例化后的类实例
    _instance = None
    _init_flag = True
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if cls._instance:
            print("跳过实例化")
            return cls._instance
        else:
            cls._instance = super(GlobalCount, cls).__new__(cls)
            return cls._instance
...

保证多线程安全

继续完善GlobalCount类，目前在单线程下已经可以完美的工作了，但在多线程下有可能会存在多个线程同时进行实例化。可以使用threading包中的lock方法进行加锁处理。

import threading

class GlobalCount(object):
    # 用来保存实例化后的类实例
    _instance = None
    _init_flag = True
    _instance_lock = threading.Lock()
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        with GlobalCount._instance_lock:
            if cls._instance:
                print("跳过实例化")
                return cls._instance
            else:
                cls._instance = super(GlobalCount, cls).__new__(cls)
                return cls._instance

总结

总结一下，为了实现GlobalCount类，我们用到了__new__方法、property语法糖以及threading。