Python：派生Singleton类的__init__方法未被调用原因分析

我在测试单例模式与继承的结合时，编写了如下代码：

class Singleton:
    _instance = None
    init_attempts = 0

    def __init__(self):
        self.init_attempts += 1
    
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance


class Derived(Singleton):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.attribute = "this is derived"


def main():
    instance_1 = Singleton()
    instance_2 = Singleton()

    print("instance_1 and instance_2 are ", end="")
    if id(instance_1) == id(instance_2):
        print("the same")
    else:
        print("different")
    
    derived_instance = Derived()
    print("derived_instance and instance_2 are the same:", derived_instance is instance_2)
    
    try:
        print(derived_instance.attribute)
    except AttributeError:
        print("Initialization of Derived has been prevented")
    
    print("Number of initializations:", derived_instance.init_attempts)


if __name__ == '__main__':
    main()

运行后发现Derived类的__init__方法从未被调用，derived_instance.attribute不存在，且derived_instance.init_attempts的值仍为2。我知道SomeClass()会被解析为SomeClass.__call__()，该方法会依次调用__new__和__init__，但这里Derived.__init__并未执行。

运行输出如下：

instance_1 and instance_2 are the same
derived_instance and instance_2 are the same: True
Initialization of Derived has been prevented
Number of initializations: 2

请问这是什么原因？特别是对比某Stack Overflow示例（该示例中Tracer类的__init__被触发两次），我的情况与之不同。我知道单例的继承并非合理实践，也了解装饰器和元类实现单例的方式，我想具体搞清楚继承过程中哪里出了问题，推测可能与方法解析顺序（MRO）有关，但无法解释为何那个示例不受影响。

核心原因解析 #

1. 类属性共享导致子类复用父类实例

你的单例实现中，_instance是父类Singleton的类属性，而子类Derived没有自己定义_instance，所以会沿着MRO（方法解析顺序）继承并共享父类的_instance：

• 当你先创建Singleton的实例instance_1和instance_2时，Singleton._instance已经被赋值为Singleton类的实例。
• 当创建Derived实例时，Derived.__new__会检查cls._instance（此时cls是Derived），但因为Derived没有自己的_instance，会找到父类Singleton的_instance——这个实例已经存在，所以直接返回它。

2. __init__的调用逻辑由实例类型决定

Python中__init__的调用规则是：__call__方法会对__new__返回的实例调用其对应类型的__init__。这里__new__返回的是Singleton类型的实例，所以Python会调用Singleton.__init__，而不会触发Derived.__init__——因为实例的类型是Singleton，它的MRO里没有Derived的__init__。

3. init_attempts值异常的原因

Singleton中的init_attempts是类属性，第一次调用__init__时，self.init_attempts +=1会给实例本身创建一个同名的实例属性（遮蔽类属性）。后续每次调用__init__都会修改这个实例属性，所以instance_1/instance_2的init_attempts最终为2，而derived_instance本质就是这个Singleton实例，所以值也是2。

与你提到的示例差异的原因 #

你提到的示例中，单例基类的实现确保了每个子类维护自己独立的_instance：

• 它的__new__会检查当前类是否有自己的_instance，如果没有则创建并绑定到当前类上，而不是共享父类的_instance。
• 因此创建子类实例时，子类的_instance不存在，会创建新的子类实例，此时__init__会被调用；后续再创建子类实例时，才会复用自己的实例，这就是该示例中__init__被触发两次的原因。

修复思路（可选） #

如果要让子类正确实现单例并调用自身__init__，需要让每个子类拥有独立的_instance：

• 方式一：修改父类__new__，确保给当前类绑定_instance：

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

• 方式二：在每个子类中显式定义_instance = None，避免共享父类的类属性。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Stefan Hartinger