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详解python中的单例模式以及其实现方法

2018-09-01 10:18 323 查看

单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，该模式的主要目的是确保某一个类只有一个实例存在。当你希望在整个系统中，某个类只能出现一个实例时，单例对象就能派上用场。

比如，某个服务器程序的配置信息存放在一个文件中，客户端通过一个 AppConfig 的类来读取配置文件的信息。如果在程序运行期间，有很多地方都需要使用配置文件的内容，也就是说，很多地方都需要创建 AppConfig 对象的实例，这就导致系统中存在多个 AppConfig 的实例对象，而这样会严重浪费内存资源，尤其是在配置文件内容很多的情况下。事实上，类似 AppConfig 这样的类，我们希望在程序运行期间只存在一个实例对象。

在 Python 中，我们可以用多种方法来实现单例模式：

使用模块
使用
```
__new__
```
使用装饰器（decorator）
使用元类（metaclass）

使用模块

其实，Python 的模块就是天然的单例模式，因为模块在第一次导入时，会生成

.pyc

文件，当第二次导入时，就会直接加载

.pyc

文件，而不会再次执行模块代码。因此，我们只需把相关的函数和数据定义在一个模块中，就可以获得一个单例对象了。如果我们真的想要一个单例类，可以考虑这样做：

# mysingleton.py

class My_Singleton(object):

def foo(self):

pass

my_singleton = My_Singleton()

将上面的代码保存在文件

mysingleton.py

中，然后这样使用：

from mysingleton import my_singleton

my_singleton.foo()

使用

__new__

为了使类只能出现一个实例，我们可以使用

__new__

来控制实例的创建过程，代码如下：

class Singleton(object):

_instance = None

def __new__(cls, *args, **kw):

if not cls._instance:

cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kw)

return cls._instance

class MyClass(Singleton):

a = 1

在上面的代码中，我们将类的实例和一个类变量

_instance

关联起来，如果

cls._instance

为 None 则创建实例，否则直接返回

cls._instance

。

执行情况如下：

>>> one = MyClass()

>>> two = MyClass()

>>> one == two

True

>>> one is two

True

>>> id(one), id(two)

(4303862608, 4303862608)

使用装饰器

我们知道，装饰器（decorator）可以动态地修改一个类或函数的功能。这里，我们也可以使用装饰器来装饰某个类，使其只能生成一个实例，代码如下：

from functools import wraps

def singleton(cls):

instances = {}

@wraps(cls)

def getinstance(*args, **kw):

if cls not in instances:

instances[cls] = cls(*args, **kw)

return instances[cls]

return getinstance

@singleton

class MyClass(object):

a = 1

在上面，我们定义了一个装饰器

singleton

，它返回了一个内部函数

getinstance

，该函数会判断某个类是否在字典

instances

中，如果不存在，则会将

cls

作为 key，

cls(*args, **kw)

作为 value 存到

instances

中，否则，直接返回

instances[cls]

。

使用 metaclass

元类（metaclass）可以控制类的创建过程，它主要做三件事：

拦截类的创建
修改类的定义
返回修改后的类

使用元类实现单例模式的代码如下：

class Singleton(type):

_instances = {}

def __call__(cls, *args, **kwargs):

if cls not in cls._instances:

cls._instances[cls] = super(Singleton, cls).__call__(*args, **kwargs)

return cls._instances[cls]

# Python2

class MyClass(object):

__metaclass__ = Singleton

# Python3

# class MyClass(metaclass=Singleton):

# pass

小结

Python 的模块是天然的单例模式，这在大部分情况下应该是够用的，当然，我们也可以使用装饰器、元类等方法

本文由 funhacks 发表于个人博客，采用 Creative Commons BY-NC-ND 4.0（自由转载-保持署名-非商用-禁止演绎）协议发布。
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本文标题为: Python 中的单例模式
本文链接为: https://funhacks.net/2017/01/…

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