Le Singleton est un patron de conception de création qui s’assure de l’existence d’un seul objet de son genre et fournit un unique point d’accès vers cet objet.
Le singleton possède à peu près les mêmes avantages et inconvénients que les variables globales. Même s’ils sont super utiles, ils réduisent la modularité du code.
Vous ne pourrez pas utiliser une classe qui dépend d’un singleton dans un autre contexte. Vous devrez également inclure complètement la classe Singleton dans votre code. En général, on se rend compte de cette limitation lorsque l’on crée des tests unitaires.
Exemples d’utilisation : Beaucoup de développeurs considèrent que le singleton est un antipatron. C’est pourquoi il est de moins en moins utilisé en Python.
Identification : Le singleton peut être reconnu par une méthode de création statique qui retourne le même objet en cache.
Singleton naïf
Il est très facile d’implémenter un singleton bâclé. Il suffit de cacher le constructeur et d’implémenter une méthode de création statique.
Cette même classe peut mal fonctionner dans un environnement multithread. Plusieurs threads vont pouvoir appeler la méthode de création simultanément et créer plusieurs instances de la classe Singleton.
main.py: Exemple conceptuel
class SingletonMeta(type):
"""
The Singleton class can be implemented in different ways in Python. Some
possible methods include: base class, decorator, metaclass. We will use the
metaclass because it is best suited for this purpose.
"""
_instances = {}
def __call__(cls, *args, **kwargs):
"""
Possible changes to the value of the `__init__` argument do not affect
the returned instance.
"""
if cls not in cls._instances:
instance = super().__call__(*args, **kwargs)
cls._instances[cls] = instance
return cls._instances[cls]
class Singleton(metaclass=SingletonMeta):
def some_business_logic(self):
"""
Finally, any singleton should define some business logic, which can be
executed on its instance.
"""
# ...
if __name__ == "__main__":
# The client code.
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()
if id(s1) == id(s2):
print("Singleton works, both variables contain the same instance.")
else:
print("Singleton failed, variables contain different instances.")
Output.txt: Résultat de l’exécution
Singleton works, both variables contain the same instance.
Singleton thread-safe
Pour régler ce problème, vous devez synchroniser les threads lors de la première création de l’objet Singleton.
main.py: Exemple conceptuel
from threading import Lock, Thread
class SingletonMeta(type):
"""
This is a thread-safe implementation of Singleton.
"""
_instances = {}
_lock: Lock = Lock()
"""
We now have a lock object that will be used to synchronize threads during
first access to the Singleton.
"""
def __call__(cls, *args, **kwargs):
"""
Possible changes to the value of the `__init__` argument do not affect
the returned instance.
"""
# Now, imagine that the program has just been launched. Since there's no
# Singleton instance yet, multiple threads can simultaneously pass the
# previous conditional and reach this point almost at the same time. The
# first of them will acquire lock and will proceed further, while the
# rest will wait here.
with cls._lock:
# The first thread to acquire the lock, reaches this conditional,
# goes inside and creates the Singleton instance. Once it leaves the
# lock block, a thread that might have been waiting for the lock
# release may then enter this section. But since the Singleton field
# is already initialized, the thread won't create a new object.
if cls not in cls._instances:
instance = super().__call__(*args, **kwargs)
cls._instances[cls] = instance
return cls._instances[cls]
class Singleton(metaclass=SingletonMeta):
value: str = None
"""
We'll use this property to prove that our Singleton really works.
"""
def __init__(self, value: str) -> None:
self.value = value
def some_business_logic(self):
"""
Finally, any singleton should define some business logic, which can be
executed on its instance.
"""
def test_singleton(value: str) -> None:
singleton = Singleton(value)
print(singleton.value)
if __name__ == "__main__":
# The client code.
print("If you see the same value, then singleton was reused (yay!)\n"
"If you see different values, "
"then 2 singletons were created (booo!!)\n\n"
"RESULT:\n")
process1 = Thread(target=test_singleton, args=("FOO",))
process2 = Thread(target=test_singleton, args=("BAR",))
process1.start()
process2.start()
Output.txt: Résultat de l’exécution
If you see the same value, then singleton was reused (yay!)
If you see different values, then 2 singletons were created (booo!!)
RESULT:
FOO
FOO
