一文詳解Python中__new__方法的作用
前言
Python中類的構(gòu)造方法__new__方法有何作用？
Python類中有些方法名、屬性名的前后都添加__雙下畫線，這種方法、屬性通常屬于Python的特殊方法和特殊屬性。通過(guò)重寫這些方法或直接調(diào)用這些方法來(lái)實(shí)現(xiàn)特殊功能。今天來(lái)聊聊構(gòu)造方法__new__實(shí)際程序的應(yīng)用場(chǎng)景。
我們知道常見的初始化__init__方法，可以重寫實(shí)現(xiàn)自己想要的初始化邏輯。最近實(shí)際業(yè)務(wù)開發(fā)過(guò)程中碰到一類問(wèn)題比如數(shù)據(jù)資源加載緩存機(jī)制的實(shí)現(xiàn)，用到了魔法方法中構(gòu)造方法，其中__init__()和__new__是對(duì)象的構(gòu)造器，合理運(yùn)用將有效提高程序性能。
希望大家多結(jié)合自己的業(yè)務(wù)需求深刻理解，靈活運(yùn)用，使得代碼變得更加優(yōu)雅。
一、__new__方法簡(jiǎn)介
接下來(lái)通過(guò)實(shí)例逐步詳細(xì)闡述__ new __ 方法在類初始化過(guò)程中是什么樣的存在！
1、初始化數(shù)據(jù)加載+解析類實(shí)例
class?Solution(object):
????def?__init__(self,?name=None,data=None):
????????self.name?=?name
????????self.data?=?data
????????#初始化加載數(shù)據(jù)
????????self.xml_load(self.data)
????def?xml_load(self,data):
????????print("初始化init",data)
????def?Parser(self):
????????print("解析完成finish",self.name)
a?=?Solution(name="A111",data=10)
a.Parser()
b?=?Solution(name="A112",data=20)
b.Parser()
#?print(a)與?print(b)返回了類的名稱和對(duì)象的地址
print(a)
print(b)
#?可以使用內(nèi)置函數(shù)id()查看python對(duì)象的內(nèi)存地址
print(id(a))
print(id(b))
初始化init?10
解析完成finish?A111
初始化init?20
解析完成finish?A112
<__main__.Solution?object?at?0x0000024A3AF28D48>
<__main__.Solution?object?at?0x0000024A3B055C48>
2517839809864
2517841042504
注：
1、代碼實(shí)例化類過(guò)程
一般使用__init__()方法初始化一個(gè)類的實(shí)例，當(dāng)代碼中實(shí)例化一個(gè)類的時(shí)候，第一個(gè)調(diào)用執(zhí)行的是__new__()方法，當(dāng)定義的類中沒(méi)有重新定義__new__()方法時(shí)候，Python會(huì)默認(rèn)調(diào)用該父類的__new__()方法來(lái)構(gòu)造該實(shí)例，new方法就是先創(chuàng)建一個(gè)空間，然后每次創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例化的對(duì)象，然后用開辟的空間存放這個(gè)實(shí)例化對(duì)象； 再次創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例化的對(duì)象的時(shí)候，再用new方法開辟一個(gè)空間存放實(shí)例化對(duì)象。注意只有繼承了object的類才有此方法。
2、內(nèi)存地址和對(duì)象可相互轉(zhuǎn)換
#通過(guò)_ctypes的api進(jìn)行對(duì)內(nèi)存地址的對(duì)象
import?_ctypes
obj?=?_ctypes.PyObj_FromPtr(id(a))
#打印出來(lái)通過(guò)內(nèi)存地址尋找到的對(duì)象
print(obj)
print(id(a))與 print(id(b))打印出來(lái)的都是內(nèi)存地址（10進(jìn)制）,print(a)與?print(b)返回了類的名稱和對(duì)象的地址，但是兩者并不相同。每次實(shí)例化類都會(huì)創(chuàng)建分配不同的對(duì)象地址，因此，代碼實(shí)例化類過(guò)程中返回類對(duì)象的地址引用也就不同。
2、初始化數(shù)據(jù)加載重寫new方法+解析類實(shí)例
class?Solution:
????"""
????注：new方法是為實(shí)例化對(duì)象創(chuàng)建空間的方法，現(xiàn)在new方法被改寫，沒(méi)有將實(shí)例化對(duì)象引用返回給python的解釋器
????無(wú)法為實(shí)例化對(duì)象創(chuàng)建空間存儲(chǔ)，所以運(yùn)行代碼會(huì)報(bào)錯(cuò)。也沒(méi)有完成初始化操作。
????"""
????def?__new__(cls,?*args,?**kwargs):
????????print("對(duì)象創(chuàng)建空間")
????????cls.instance?=?super().__new__(cls)
????????print(cls.instance)
????????# return cls.instance ??#若未返回實(shí)例對(duì)象引用，實(shí)例化方法將報(bào)錯(cuò)：AttributeError:?'NoneType' object has no attribute 'Parser'
????def?__init__(self,name,data):
????????self.name?=?name
????????self.data?=?data
????????self.xml_load(self.data)
????def?xml_load(self,data):
????????print("初始化init",?data)
????def?Parser(self):
????????print("解析完成finish",self.data)
a?=?Solution("A111",10)
a.Parser()
print(id(a))
注：
1、__init__()方法和__new__()方法區(qū)別
__new__()方法用于創(chuàng)建實(shí)例，類實(shí)例化之前會(huì)首先調(diào)用，它是class的方法，是個(gè)靜態(tài)方法。而__init__()方法用戶初始化實(shí)例，該方法用在實(shí)例對(duì)象創(chuàng)建后被調(diào)用，它是實(shí)例對(duì)象的方法，用于設(shè)置類實(shí)例對(duì)象的一些初始值。
如果類中同時(shí)出現(xiàn)了__init__()方法和__new__()方法，則先調(diào)用__new__()方法后調(diào)用__init__()方法。__new__()方法是創(chuàng)建實(shí)例的第一步，執(zhí)行完了需要返回創(chuàng)建的類的實(shí)例，否則則報(bào)錯(cuò)，無(wú)法執(zhí)行__init__()方法。其中，__init__()方法將不返回任何信息。
2、重寫__new__()方法
def?__new__(cls,?*args,?**kwargs):
????print(cls)??#?cls?代表的是Solution這個(gè)類本身
????cls.instance?=?super().__new__(cls)??#?object().__?new?__()
????print(cls.instance)
????return?cls.instancesuper()與object.__new__(cls)都是在調(diào)用父類的new方法，必須把父類的new方法返回給函數(shù)，才能開辟空間，因此必須添加return。代碼的執(zhí)行順序是：先執(zhí)行new方法，然后執(zhí)行init方法，最后是其它方法。
二、單例模式
單例模式最初的定義出現(xiàn)于《設(shè)計(jì)模式》：“保證一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)訪問(wèn)它的全局訪問(wèn)點(diǎn)。”
單例的使用主要是在需要保證全局只有一個(gè)實(shí)例可以被訪問(wèn)的情況，比如系統(tǒng)日志的輸出、操作系統(tǒng)的任務(wù)管理器等。
1、用new方法如何實(shí)現(xiàn)單例模式？
class?Solution:
????#?1、記錄第一個(gè)被創(chuàng)建對(duì)象的引用，代表著類的私有屬性
????_instance?=?None?#?靜態(tài)變量?存儲(chǔ)在類的命名空間里的
????def?__init__(self,name,data):
????????self.name?=?name
????????self.data?=?data
????????self.xml_load(self.data)
????def?__new__(cls,?*args,?**kwargs):
????????# 2.判斷該類的屬性是否為空；對(duì)第一個(gè)對(duì)象沒(méi)有被創(chuàng)建，我們應(yīng)該調(diào)用父類的方法，為第一個(gè)對(duì)象分配空間
????????if?cls._instance?==?None:??
????????????#?3.把類屬性中保存的對(duì)象引用返回給python的解釋器
????????????cls._instance?=?object.__new__(cls)??#?3
????????????return?cls._instance
????????#?如果cls._instance不為None,直接返回已經(jīng)實(shí)例化了的實(shí)例對(duì)象
????????else:
????????????return?cls._instance??#?必須把地址返回給new方法，讓它有存儲(chǔ)空間
????def?xml_load(self,data):
????????print("初始化init",self.name,data)
????def?Parser(self):
????????print("解析完成finish",self.name)
a?=?Solution("A11",10)??#第一次開辟一個(gè)對(duì)象空間地址，后面創(chuàng)建都是在該地址上進(jìn)行的
a.Parser()
b?=?Solution("A12",20)??#b把a(bǔ)覆蓋掉
b.Parser()
print(id(a))
print(id(b))
#?內(nèi)存地址，而且它們的內(nèi)存地址都是一樣的
print(a.name)
print(b.name)初始化init?A11?10
解析完成finish?A11
初始化init?A12?10
解析完成finish?A12
2465140199816
2465140199816
A12
A12注：
1、單例模式始終只有一個(gè)空間，該空間一直重復(fù)利用。首先定義一個(gè)類的私有屬性_instance，用來(lái)記錄第一個(gè)被創(chuàng)建對(duì)象的引用，如果cls._instance為None說(shuō)明該類還沒(méi)有實(shí)例化過(guò)，則實(shí)例化該類并返回實(shí)例對(duì)象。
通過(guò)以下數(shù)據(jù)測(cè)試可知，print(obj.name,?obj.data)最后打印出來(lái)的都是A12，第一次打印"A11"時(shí)，屬性為空，執(zhí)行if語(yǔ)句開辟了一個(gè)空間存放該屬性；從 第二次打已經(jīng)開辟了空間 ，執(zhí)行else語(yǔ)句，直接返回"A12"到原來(lái)的空間中，把前面的蓋數(shù)據(jù)覆蓋掉。
def?task(id,data):
????obj?=?Solution("{0}".format(id),?"{0}".format(data))
????print(obj.name,?obj.data)
import?threading
ID=["A11","A12","A13","A14","A12"]
DATA=[10,20,30,40,20]
for?i?in?range(5):
????t?=?threading.Thread(target=task(ID[i],DATA[i]),?args=[i,?])
????t.start()<__main__.Solution?object?at?0x00000221B2129148>
初始化init?A11?10
A11?10
初始化init?A12?20
A12?20
初始化init?A13?30
A13?30
初始化init?A14?40
A14?40
初始化init?A12?20
A12?202、單例模式另外一種實(shí)現(xiàn)方法def?__new__(cls,*args,**kwargs):
????#?hasattr查詢目標(biāo)并判斷有沒(méi)有，not??1==1??返回的是False
????#?if語(yǔ)句后面的
????#?not?條件整體為True時(shí)，執(zhí)行cls.instance?=?object....代碼
????#?if語(yǔ)句后面的
????#?not?條件整體為False時(shí)，執(zhí)行return代碼
????if?not?hasattr(cls,"instance"):?????#?hasattr查、判斷的作用
????????cls.instance?=?object.__new__(cls)
????return?cls.instance2、如何控制類僅執(zhí)行一次初始化方法？以上實(shí)現(xiàn)了單例模式對(duì)象空間的重復(fù)利用，但是有時(shí)候我們想初始化過(guò)程只加載一次，避免頻繁請(qǐng)求浪費(fèi)系統(tǒng)資源（如數(shù)據(jù)庫(kù)連接請(qǐng)求數(shù)據(jù)）。
class?Solution:
????#定義類變量
????#?記錄第一個(gè)被創(chuàng)建對(duì)象的引用，代表著類的私有屬性
????_instance?=?None
????#記錄是否執(zhí)行過(guò)初始化動(dòng)作
????init_flag?=?False
????def?__init__(self,name,data):
????????self.name?=?name
????????self.data?=?data
????????#使用類名調(diào)用類變量,不能直接訪問(wèn)。
????????if?Solution.init_flag:
????????????return
????????self.xml_load(self.data)
????????#?修改類屬性的標(biāo)記
????????Solution.init_flag?=?True
????def?__new__(cls,?*args,?**kwargs):
????????#?判斷該類的屬性是否為空；對(duì)第一個(gè)對(duì)象沒(méi)有被創(chuàng)建，我們應(yīng)該調(diào)用父類的方法，為第一個(gè)對(duì)象分配空間
????????if?cls._instance?==?None:?
????????????#?把類屬性中保存的對(duì)象引用返回給python的解釋器
????????????cls._instance?=?object.__new__(cls)??
????????????return?cls._instance
????????#如果cls._instance不為None,直接返回已經(jīng)實(shí)例化了的實(shí)例對(duì)象
????????else:
????????????return?cls._instance?
????def?xml_load(self,data):
????????print("初始化init",self.name,data)
????def?Parser(self):
????????print("解析完成finish",self.name)
a?=?Solution("A11",10)??#第一次實(shí)例化對(duì)象地址，后面創(chuàng)建都是在該地址上進(jìn)行的
a.Parser()
b?=?Solution("A12",20)??#b把a(bǔ)覆蓋掉
b.Parser()
print(id(a))
print(id(b))
print(a.name)
print(b.name)初始化init?A11?10
解析完成finish?A11
解析完成finish?A12
2280855720328
2280855720328
A12
A12注：1、單例模式下僅加載一次初始化過(guò)程。這時(shí)候我們?cè)陬惪臻g中再添加一個(gè)init_flag屬性來(lái)記錄是否已經(jīng)執(zhí)行過(guò)初始化操作即可實(shí)現(xiàn)加載一次初始化過(guò)程。從以上兩次實(shí)例化過(guò)程結(jié)果來(lái)看，對(duì)象引用地址不變，結(jié)果被最后一次實(shí)例化數(shù)據(jù)覆蓋且初始化init只被打印一次。
2、單例模式下一次資源加載注意點(diǎn)
單例模式下控制類僅進(jìn)行一次初始化過(guò)程適用于資源一次性加載進(jìn)緩存的過(guò)程，對(duì)于多進(jìn)程應(yīng)用可采用多例模式實(shí)現(xiàn)。
三、多例模式
多個(gè)實(shí)例對(duì)象空間引用地址完全獨(dú)立，從而保持避免不同請(qǐng)求資源不被占用。將同一個(gè)對(duì)象請(qǐng)求歸為同一個(gè)實(shí)例。
class?Solution:
????##定義類實(shí)例化對(duì)象字典，即不同的實(shí)例對(duì)象對(duì)應(yīng)不同的對(duì)象空間地址引用
????_loaded?=?{}
????def?__init__(self,name,data):
????????self.name?=?name
????????self.data?=?data
????????self.xml_load(self.data)
????def?__new__(cls,?name,*args):
????????if?cls._loaded.get(name)?is?not?None:
????????????client?=?cls._loaded.get(name)
????????????print(f"已經(jīng)存在訪問(wèn)對(duì)象?{name}")
????????????print(client)
????????????return?client
????????#?把類屬性中保存的對(duì)象引用返回給python的解釋器
????????print(f"正在創(chuàng)建訪問(wèn)對(duì)象?{name}")
????????client?=?super().__new__(cls)
????????#?為該類實(shí)例name添加一個(gè)空間對(duì)象地址引用
????????print(client)????
????????cls._loaded[name]?=?client
????????return?client
????def?xml_load(self,data):
????????print("初始化init",self.name,data)
????def?Parser(self):
????????print("解析完成finish",self.name)
if?__name__?==?'__main__':
????print("多例模式實(shí)例")
????a?=?Solution("A11",10)
????a.Parser()
????b?=?Solution("A11",10)
????b.Parser()
????c?=?Solution("A12",?20)
????c.Parser()
????print(f"{a?is?b}")
????print(a.name)
????print(b.name)
????print(c.name)注：
1、多我們?cè)陬惪臻g中定義類實(shí)例化對(duì)象字典，即建立不同的實(shí)例對(duì)象和對(duì)象空間地址引用鍵值對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)多例模式。通過(guò)類字典判斷實(shí)例對(duì)象是否創(chuàng)建，節(jié)省創(chuàng)建的成本。
2、多當(dāng)創(chuàng)建相同的實(shí)例對(duì)象name="A11"時(shí)，程序首先在實(shí)例池中搜索cls._loaded.get(name)，若存在則直接返回已創(chuàng)建的實(shí)例對(duì)象空間。多例模式完美的實(shí)現(xiàn)了不同訪問(wèn)對(duì)象具體不同的實(shí)例化對(duì)象地址。
多例模式實(shí)例
正在創(chuàng)建訪問(wèn)對(duì)象?A11
<__main__.Solution?object?at?0x000001C105AA5EC8>
初始化init?A11?10
解析完成finish?A11
已經(jīng)存在訪問(wèn)對(duì)象?A11
<__main__.Solution?object?at?0x000001C105AA5EC8>
初始化init?A11?10
解析完成finish?A11
正在創(chuàng)建訪問(wèn)對(duì)象?A12
<__main__.Solution?object?at?0x000001C105AA5F88>
初始化init?A12?20
解析完成finish?A12
True
A11
A11
A123、多例模式下緩沖機(jī)制的實(shí)現(xiàn)
進(jìn)一步優(yōu)化多例模式初始化過(guò)程，比如讀取文件或者數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)僅進(jìn)行一次初始化加載。
class?Solution:
????##定義類實(shí)例化對(duì)象字典，即不同的實(shí)例對(duì)象對(duì)應(yīng)不同的對(duì)象空間地址引用
????_loaded?=?{}
????def?__new__(cls,?name,data,*args):
????????if?cls._loaded.get(name)?is?not?None:
????????????client?=?cls._loaded.get(name)
????????????print(f"已經(jīng)存在訪問(wèn)對(duì)象?{name}")
????????????print(client)
????????????return?client
????????print(f"正在創(chuàng)建訪問(wèn)對(duì)象?{name}")
????????#?把類屬性中保存的對(duì)象引用返回給python的解釋器
????????client?=?super().__new__(cls)
????????print(client)
????????#?為該類實(shí)例name添加一個(gè)空間對(duì)象地址引用
????????cls._loaded[name]?=?client
????????client._init_db(name,data)
????????return?client
????def?_init_db(self,name,data):
????????self.name?=?name
????????self.data?=?data
????????self.xml_load(self.data)
????def?xml_load(self,data):
????????print("初始化init",self.name,data)
????def?Parser(self):
????????print("解析完成finish",self.name)
if?__name__?==?'__main__':
????print("多例模式實(shí)例-緩存")
????a?=?Solution("A11",10)
????a.Parser()
????b?=?Solution("A11",10)
????b.Parser()
????c?=?Solution("A12",?20)
????c.Parser()
????print(f"{a?is?b}")
????print(a.name)
????print(b.name)
????print(c.name)多例模式實(shí)例
正在創(chuàng)建訪問(wèn)對(duì)象?A11
<__main__.Solution?object?at?0x0000024198989148>
初始化init?A11?10
解析完成finish?A11
已經(jīng)存在訪問(wèn)對(duì)象?A11
<__main__.Solution?object?at?0x0000024198989148>
解析完成finish?A11
正在創(chuàng)建訪問(wèn)對(duì)象?A12
<__main__.Solution?object?at?0x00000241989891C8>
初始化init?A12?20
解析完成finish?A12
True
A11
A11
A12注：多
重寫__new__方法中每個(gè)實(shí)例對(duì)象創(chuàng)建后綁定初始化_init_db（）方法執(zhí)行一次，后面遇到同一個(gè)實(shí)例對(duì)象將不會(huì)發(fā)生什么，直接返回已創(chuàng)建的實(shí)例對(duì)象。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，創(chuàng)建相同的實(shí)例對(duì)象name="A11"時(shí)，第二次將略過(guò)初始化數(shù)據(jù)加載過(guò)程，很好的實(shí)現(xiàn)了緩存機(jī)制。__new__方法總結(jié)
本文結(jié)合項(xiàng)目背景詳細(xì)介紹了__new__方法實(shí)現(xiàn)單例模式和多例模式以及緩存機(jī)制的實(shí)現(xiàn)！
1、__new__ 方法是在類創(chuàng)建實(shí)例的時(shí)候自動(dòng)調(diào)用的。
2、 實(shí)例是通過(guò)類里面的 __ new __ 方法是在類創(chuàng)建出來(lái)的。
3、 先調(diào)用__new__ 方法創(chuàng)建實(shí)例，再調(diào)用 __ init __方法初始化實(shí)例。
4、 __new__ 方法，后面的括號(hào)里面的cls代表的是類本身。
5、__new__ 方法，判斷類屬性為空就去開辟空間，否則復(fù)用原來(lái)的地址。更多的特殊方法比如1、自我描述方法：__repr__2、析構(gòu)方法：__del__ 3、列出對(duì)象所有屬性（包括方法）名：__dir__4、__dict__屬性：查看對(duì)象內(nèi)部所有屬性名和屬性值組成的字典5、__getattr__\__setattr__等。當(dāng)然還有metaclass類的__new__方法，可以動(dòng)態(tài)修改程序中的一批類，這個(gè)功能在開發(fā)一些基礎(chǔ)性的框架時(shí)非常有用，可以使用metaclass為某一批需要通用功能的類添加方法，若有合適實(shí)例場(chǎng)景后續(xù)分享。
