싱글톤 패턴에서 다양한 언어로 다양한 구현

오늘의 python 동영상 튜토리얼 칼럼에서는 싱글턴 패턴에서 다양한 언어의 다양한 구현을 소개합니다.

머리말

얼마 전 Python을 사용하여 비즈니스를 구현하던 중, 정확히 말하면 의 일반인들이 쉽게 발견할 수 있는 함정을 발견했습니다. Python을 밟으세요. Python 实现业务的时候发现一个坑，准确的来说是对于 Python 门外汉容易踩的坑；

大概代码如下：

class Mom(object):
    name = ''
    sons = []if __name__ == '__main__':
    m1 = Mom()
    m1.name = 'm1'
    m1.sons.append(['s1', 's2'])    print '{} sons={}'.format(m1.name, m1.sons)

    m2 = Mom()
    m2.name = 'm2'
    m2.sons.append(['s3', 's4'])    print '{} sons={}'.format(m2.name, m2.sons)复制代码

首先定义了一个 Mom 的类，它包含了一个字符串类型的 name 与列表类型的 sons 属性；

在使用时首先创建了该类的一个实例 m1 并往 sons 中写入一个列表数据；紧接着又创建了一个实例 m2 ，也往 sons 中写入了另一个列表数据。

如果是一个 Javaer 很少写 Python 看到这样的代码首先想到的输出应该是：

m1 sons=[['s1', 's2']]
m2 sons=[['s3', 's4']]复制代码

但其实最终的输出结果是：

m1 sons=[['s1', 's2']]
m2 sons=[['s1', 's2'], ['s3', 's4']]复制代码

如果想要达到期望值需要稍微修改一下：

class Mom(object):
    name = ''

    def __init__(self):
        self.sons = []复制代码

只需要修改类的定义就可以了，我相信即使没有 Python 相关经验对比这两个代码应该也能猜到原因：

在 Python 中如果需要将变量作为实例变量（也就是每个我们期望的输出）时，需要将变量定义到构造函数中，通过 self 访问。

如果只放在类中，和 Java 中的 static 静态变量效果类似；这些数据由类共享，也就能解释为什么会出现第一种情况，因为其中的 sons 是由 Mom 类共享，所以每次都会累加。

Python 单例

既然 Python 可以通过类变量达到变量在同一个类中共享的效果，那是否可以实现单例模式呢？

可以利用 Python 的 metaclass 的特性，动态的控制类的创建。

class Singleton(type):
    _instances = {}    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if cls not in cls._instances:
            cls._instances[cls] = super(Singleton, cls).__call__(*args, **kwargs)        return cls._instances[cls]复制代码

首先创建一个 Singleton 的基类，然后我们在我们需要实现单例的类中将其作为 metaclass

class MySQLDriver:
    __metaclass__ = Singleton    def __init__(self):
        print 'MySQLDriver init.....'复制代码

这样Singleton 就可以控制 MySQLDriver 这个类的创建了；其实在 Singleton 中的 __call__ 可以很容易理解这个单例创建的过程：

• 定义一个私有的类属性 _instances 的字典（也就是 Java 中的 map）可以做到在整个类中共享，无论创建多少个实例。
• 当我们自定义类使用了 __metaclass__ = Singleton 后，便可以控制自定义类的创建了；如果已经创建了实例，那就直接从 _instances 取出对象返回，不然就创建一个实例并写回到 _instances ，有点 Spring 容器的感觉。

if __name__ == '__main__':
    m1 = MySQLDriver()
    m2 = MySQLDriver()
    m3 = MySQLDriver()
    m4 = MySQLDriver()    print m1    print m2    print m3    print m4

MySQLDriver init.....
<__main__.MySQLDriver object at 0x10d848790>
<__main__.MySQLDriver object at 0x10d848790>
<__main__.MySQLDriver object at 0x10d848790>
<__main__.MySQLDriver object at 0x10d848790>复制代码

最后我们通过实验结果可以看到单例创建成功。

Go 单例

由于最近团队中有部分业务开始在用 go ，所以也想看看在 go 中如何实现单例。

type MySQLDriver struct {
    username string}复制代码

在这样一个简单的结构体（可以简单理解为 Java 中的 class）中是没法类似于 Python 和 Java 一样可以声明类共享变量的；go 语言中不存在 static 的概念。

但我们可以在包中声明一个全局变量来达到同样的效果：

import "fmt"type MySQLDriver struct {
    username string}var mySQLDriver *MySQLDriverfunc GetDriver() *MySQLDriver {    if mySQLDriver == nil {
        mySQLDriver = &MySQLDriver{}
    }    return mySQLDriver
}复制代码

这样在使用时：

func main() {
    driver := GetDriver()
    driver.username = "cj"
    fmt.Println(driver.username)

    driver2 := GetDriver()
    fmt.Println(driver2.username)

}复制代码

就不需要直接构造 MySQLDriver  ，而是通过GetDriver() 函数来获取，通过 debug 也能看到 driver 和 driver1 引用的是同一个内存地址。

这样的实现常规情况是没有什么问题的，机智的朋友一定能想到和 Java 一样，一旦并发访问就没那么简单了。

在 go 中，如果有多个 goroutine 同时访问GetDriver() ，那大概率会创建多个 MySQLDriver 实例。

这里说的没那么简单其实是相对于 Java 来说的，go 语言中提供了简单的 api 便可实现临界资源的访问。

var lock sync.Mutexfunc GetDriver() *MySQLDriver {
    lock.Lock()    defer lock.Unlock()    if mySQLDriver == nil {
        fmt.Println("create instance......")
        mySQLDriver = &MySQLDriver{}
    }    return mySQLDriver
}func main() {    for i := 0; i < 100; i++ {        go GetDriver()
    }

    time.Sleep(2000 * time.Millisecond)
}复制代码

稍加改造上文的代码，加入了

lock.Lock()defer lock.Unlock()复制代码

代码就能简单的控制临界资源的访问，即便我们开启了100个协程并发执行，mySQLDriver

대략적인 코드는 다음과 같습니다. 🎜

mySQLDriver = &MySQLDriver{}复制代码

🎜먼저 문자열 유형 name과 목록이 포함된 Mom 클래스를 정의합니다. type sons Attribute; 🎜🎜이를 사용하면 먼저 이 클래스 m1의 인스턴스를 만들고 sons에 목록 데이터를 씁니다. 또 다른 인스턴스 m2를 생성하고 sons에 또 다른 목록 데이터를 씁니다. 🎜🎜당신이 Javaer이고 Python을 거의 작성하지 않는다면, 그러한 코드를 볼 때 가장 먼저 떠오르는 출력은 다음과 같습니다: 🎜

public class Singleton {    private Singleton() {}   private volatile static Singleton instance = null;   public static Singleton getInstance() {        if (instance == null) {     
         synchronized (Singleton.class){           if (instance == null) {    
             instance = new Singleton();
               }
            }
         }        return instance;
    }
}复制代码

🎜그러나 실제로 최종 출력은 결과는 다음과 같습니다. 🎜

func GetDriver() *MySQLDriver {    if mySQLDriver == nil {
        lock.Lock()        defer lock.Unlock()        if mySQLDriver == nil {
            fmt.Println("create instance......")
            mySQLDriver = &MySQLDriver{}
        }
    }    return mySQLDriver
}复制代码

🎜 예상한 값을 얻으려면 약간 수정해야 합니다. 🎜

var once sync.Oncefunc GetDriver() *MySQLDriver {
    once.Do(func() {        if mySQLDriver == nil {
            fmt.Println("create instance......")
            mySQLDriver = &MySQLDriver{}
        }
    })    return mySQLDriver
}复制代码

🎜 Python이 없어도 클래스 정의만 수정하면 됩니다. > 관련된 경험을 통해 다음 두 코드를 비교하면 그 이유를 추측할 수 있습니다. 🎜 🎜Python에서 변수를 인스턴스 변수로 사용해야 하는 경우(즉, 우리가 기대하는 각 출력) 생성자에서 변수를 정의하고 self를 통해 변수에 액세스합니다. 🎜🎜클래스에만 배치하는 경우 효과는 Java의 static 정적 변수와 유사합니다. 이러한 데이터는 클래스에서 공유되므로 첫 번째 상황이 발생하는 이유를 설명할 수 있습니다. 발생합니다. sons는 Mom 클래스에서 공유되므로 매번 누적됩니다. 🎜

Python 싱글턴🎜🎜Python은 클래스 변수를 통해 동일한 클래스에서 변수를 공유하는 효과를 얻을 수 있는데, 싱글턴 모드를 구현할 수 있나요? 🎜🎜 Python의 메타클래스 기능을 사용하여 클래스 생성을 동적으로 제어할 수 있습니다. 🎜rrreee🎜먼저 싱글톤의 기본 클래스를 만든 다음 이를 싱글톤을 구현해야 하는 클래스에서 메타클래스로 사용합니다. 🎜rrreee🎜이런 식으로 Singletoncode>은 MySQLDriver 클래스 생성을 제어할 수 있으며 실제로 Singleton의 __call__은 프로세스를 쉽게 이해할 수 있습니다. 이 싱글턴 생성: 🎜

• 개인 클래스 속성 _instances(즉, Java의 map) 사전을 정의하여 달성합니다. 생성된 인스턴스 수에 관계없이 클래스 내의 전체 Shared입니다.
• 사용자 정의 클래스가 __metaclass__ = Singleton을 사용하는 경우 인스턴스가 생성된 경우 _instances 에서 직접 사용자 정의 클래스 생성을 제어할 수 있습니다. > 객체를 꺼내서 반환합니다. 그렇지 않으면 인스턴스를 만들고 _instances에 다시 씁니다. 이는 Spring 컨테이너와 약간 비슷합니다.

rrreee🎜마지막으로 실험 결과를 통해 싱글톤이 성공적으로 생성되었음을 확인할 수 있습니다. 🎜

Go 싱글턴🎜🎜최근 팀 내 일부 비즈니스에서 go를 사용하기 시작했기 때문에 go .NET에서 싱글톤을 구현하는 방법 🎜rrreee🎜이렇게 간단한 구조(<code>Java에서는 간단히 class로 이해될 수 있음)에서는 Python 및 Java는 클래스 공유 변수를 선언할 수도 있습니다. static 개념은 go 언어에 존재하지 않습니다. 🎜🎜그러나 동일한 효과를 얻기 위해 패키지에서 전역 변수를 선언할 수 있습니다. 🎜rrreee🎜이런 방식으로 사용하는 경우: 🎜rrreee🎜 MySQLDriver를 직접 구성할 필요는 없지만 GetDriver() 함수를 얻으려면 debug를 통해 driver와 driver1가 동일한 메모리 주소를 참조하는 것도 볼 수 있습니다. . 🎜🎜🎜🎜 이런 일반적인 상황을 구현하는 데는 문제가 없습니다. 똑똑한 친구들은 분명 Java처럼 동시 접속이 발생하면 그렇게 간단하지 않다고 생각할 것입니다. 🎜🎜go에서 여러 goroutine이 동시에 GetDriver()에 액세스하면 여러 MySQLDriver 인스턴스가 생성됩니다. 🎜🎜여기서 말하는 내용은 사실 그렇게 간단하지 않습니다. <code>Java에 비해 go 언어는 중요도 액세스를 달성하기 위해 간단한 api를 제공합니다. 자원에. 🎜rrreee🎜위 코드를 약간 수정하고 🎜rrreee🎜코드를 추가하면 중요한 리소스에 대한 액세스를 간단히 제어할 수 있습니다. 100개의 코루틴 동시 실행을 활성화하더라도 mySQLDriver 인스턴스는 한 번만 초기화됩니다. 🎜

• 这里的 defer 类似于 Java 中的 finally ，在方法调用前加上 go 关键字即可开启一个协程。

虽说能满足并发要求了，但其实这样的实现也不够优雅；仔细想想这里

mySQLDriver = &MySQLDriver{}复制代码

创建实例只会调用一次，但后续的每次调用都需要加锁从而带来了不必要的开销。

这样的场景每个语言都是相同的，拿 Java 来说是不是经常看到这样的单例实现：

public class Singleton {    private Singleton() {}   private volatile static Singleton instance = null;   public static Singleton getInstance() {        if (instance == null) {     
         synchronized (Singleton.class){           if (instance == null) {    
             instance = new Singleton();
               }
            }
         }        return instance;
    }
}复制代码

这是一个典型的双重检查的单例，这里做了两次检查便可以避免后续其他线程再次访问锁。

同样的对于 go 来说也类似：

func GetDriver() *MySQLDriver {    if mySQLDriver == nil {
        lock.Lock()        defer lock.Unlock()        if mySQLDriver == nil {
            fmt.Println("create instance......")
            mySQLDriver = &MySQLDriver{}
        }
    }    return mySQLDriver
}复制代码

和 Java 一样，在原有基础上额外做一次判断也能达到同样的效果。

但有没有觉得这样的代码非常繁琐，这一点 go 提供的 api 就非常省事了：

var once sync.Oncefunc GetDriver() *MySQLDriver {
    once.Do(func() {        if mySQLDriver == nil {
            fmt.Println("create instance......")
            mySQLDriver = &MySQLDriver{}
        }
    })    return mySQLDriver
}复制代码

本质上我们只需要不管在什么情况下  MySQLDriver 实例只初始化一次就能达到单例的目的，所以利用 once.Do() 就能让代码只执行一次。

查看源码会发现 once.Do() 也是通过锁来实现，只是在加锁之前利用底层的原子操作做了一次校验，从而避免每次都要加锁，性能会更好。

总结

相信大家日常开发中很少会碰到需要自己实现一个单例；首先大部分情况下我们都不需要单例，即使是需要，框架通常也都有集成。

类似于 go 这样框架较少，需要我们自己实现时其实也不需要过多考虑并发的问题；摸摸自己肚子左上方的位置想想，自己写的这个对象真的同时有几百上千的并发来创建嘛？

不过通过这个对比会发现 go 的语法确实要比 Java 简洁太多，同时轻量级的协程以及简单易用的并发工具支持看起来都要比 Java 优雅许多；后续有机会再接着深入。

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위 내용은 싱글톤 패턴에서 다양한 언어로 다양한 구현의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!