O Singleton é um padrão de projeto criacional, que garante que apenas um objeto desse tipo exista e forneça um único ponto de acesso a ele para qualquer outro código.
O Singleton tem quase os mesmos prós e contras que as variáveis globais. Embora sejam super úteis, eles quebram a modularidade do seu código.
Você pode usar classes que dependem de singletons em algumas outras situações. Você terá que levar a classe singleton também. Na maioria das vezes, essa limitação surge durante a criação de testes de unidade.
Exemplos de uso: Muitos desenvolvedores consideram o padrão Singleton um antipadrão. É por isso que seu uso está diminuindo no código Python.
Identificação: O Singleton pode ser reconhecido por um método de criação estático, que retorna o mesmo objeto em cache.
Singleton ingênuo
É muito fácil implementar um Singleton desleixado. Você só precisa ocultar o construtor e implementar um método de criação estático.
A mesma classe se comporta incorretamente em um ambiente multithread. Vários threads podem chamar o método de criação simultaneamente e obter várias instâncias da classe Singleton.
main.py: Exemplo conceitual
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: Resultados da execução
Singleton works, both variables contain the same instance.
Singleton seguro para threads
Para corrigir o problema, você deve sincronizar os threads durante a primeira criação do objeto Singleton.
main.py: Exemplo conceitual
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: Resultados da execução
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
