Python基于__new__实现的单例模式表现异常，求原因解释

我发现一种创建单例类的主流实现方式，即使用_instance属性并重写__new__方法，代码如下：

class Singleton:
    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance

但当我按如下方式使用时，它表现出奇怪的行为：

import random

class Child(Singleton):
    def __init__(self):
        self.a = random.randint(10, 1000)

运行以下代码后：

x = Child()
y = Child()
print(x.__dict__)        # {'a': 74}
print(y.__dict__)        # {'a': 74}  - 这部分符合预期
print(Child().__dict__)  # {'a': 222} - 这部分让人困惑

背后的原因 #

1. 单例的核心逻辑：Singleton的__new__方法保证每次调用类构造时，都会返回同一个_instance对象，所以x和y指向的是同一个实例，它们的属性字典自然完全一致。
2. __init__的执行规则：Python中，每次调用类构造（比如Child()）时，不管实例是否已经存在，都会自动执行该实例的__init__方法。__new__负责创建实例，__init__负责初始化实例，二者是独立的步骤。
3. Child().__dict__变化的本质：当你调用Child()时，返回的还是之前的单例实例，但此时会再次触发__init__方法，重新给self.a赋值为新的随机数。你打印的是执行完这次初始化后的属性字典，所以看到的是新的数值。
4. 直观验证：如果在打印Child().__dict__后再查看x的属性，会发现x的a值也变成了222——因为它们从始至终都是同一个对象：

x = Child()
print(x.__dict__)        # {'a': 74}
print(Child().__dict__)  # {'a': 222}
print(x.__dict__)        # {'a': 222}

解决思路 #

如果希望单例实例只被初始化一次，可以在类中添加初始化标记，控制__init__的执行次数。比如修改Singleton基类：

class Singleton:
    _instance = None
    _initialized = False

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance
    
    def __init__(self):
        if not self._initialized:
            # 这里放置需要只执行一次的初始化逻辑
            self._initialized = True

或者在Child子类中添加类似的判断逻辑，确保__init__仅在实例首次创建时执行。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者llownall