Python 中的單例模式

khlbat 發布于2019-07-25 11:24 / 1209人閱讀

摘要：在中，我們可以用多種方法來實現單例模式使用模塊使用使用裝飾器使用元類使用模塊其實，的模塊就是天然的單例模式，因為模塊在第一次導入時，會生成文件，當第二次導入時，就會直接加載文件，而不會再次執行模塊代碼。

單例模式

單例模式（Singleton Pattern）是一種常用的軟件設計模式，該模式的主要目的是確保某一個類只有一個實例存在。當你希望在整個系統中，某個類只能出現一個實例時，單例對象就能派上用場。

比如，某個服務器程序的配置信息存放在一個文件中，客戶端通過一個 AppConfig 的類來讀取配置文件的信息。如果在程序運行期間，有很多地方都需要使用配置文件的內容，也就是說，很多地方都需要創建 AppConfig 對象的實例，這就導致系統中存在多個 AppConfig 的實例對象，而這樣會嚴重浪費內存資源，尤其是在配置文件內容很多的情況下。事實上，類似 AppConfig 這樣的類，我們希望在程序運行期間只存在一個實例對象。

在 Python 中，我們可以用多種方法來實現單例模式：

使用模塊

使用 __new__

使用裝飾器（decorator）

使用元類（metaclass）

使用模塊

其實，Python 的模塊就是天然的單例模式，因為模塊在第一次導入時，會生成 .pyc 文件，當第二次導入時，就會直接加載 .pyc 文件，而不會再次執行模塊代碼。因此，我們只需把相關的函數和數據定義在一個模塊中，就可以獲得一個單例對象了。如果我們真的想要一個單例類，可以考慮這樣做：

# mysingleton.py
class My_Singleton(object):
    def foo(self):
        pass

my_singleton = My_Singleton()

將上面的代碼保存在文件 mysingleton.py 中，然后這樣使用：

from mysingleton import my_singleton

my_singleton.foo()

使用 __new__

為了使類只能出現一個實例，我們可以使用 __new__ 來控制實例的創建過程，代碼如下：

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

在上面的代碼中，我們將類的實例和一個類變量 _instance 關聯起來，如果 cls._instance 為 None 則創建實例，否則直接返回 cls._instance。

執行情況如下：

>>> one = MyClass()
>>> two = MyClass()
>>> one == two
True
>>> one is two
True
>>> id(one), id(two)
(4303862608, 4303862608)

使用裝飾器

我們知道，裝飾器（decorator）可以動態地修改一個類或函數的功能。這里，我們也可以使用裝飾器來裝飾某個類，使其只能生成一個實例，代碼如下：

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，我們定義了一個裝飾器 singleton，它返回了一個內部函數 getinstance，該函數會判斷某個類是否在字典 instances 中，如果不存在，則會將 cls 作為 key，cls(*args, **kw) 作為 value 存到 instances 中，否則，直接返回 instances[cls]。

使用 metaclass

元類（metaclass）可以控制類的創建過程，它主要做三件事：

攔截類的創建

修改類的定義

返回修改后的類

使用元類實現單例模式的代碼如下：

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

小結

Python 的模塊是天然的單例模式，這在大部分情況下應該是夠用的，當然，我們也可以使用裝飾器、元類等方法

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本文標題為: Python 中的單例模式
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參考資料

Creating a singleton in Python - Stack Overflow

深入淺出單實例Singleton設計模式 | 酷殼

design patterns - Python"s use of new and __init__? - Stack Overflow

云服務器 GPU云服務器單例模式單例模式實現單例模式總結 pdo單例模式

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