单例模式中不同语言的不同实现

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我是靠谱客的博主疯狂钢笔，最近开发中收集的这篇文章主要介绍单例模式中不同语言的不同实现，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

今天python视频教程栏目介绍单例模式中不同语言的不同实现。

前言

前段时间在用 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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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稍加改造上文的代码，加入了

lock.Lock()defer lock.Unlock()复制代码
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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 实例也只会被初始化一次。

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
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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
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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
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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
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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。