Python中的單例模式

單例模式

單例模式（Singleton Pattern）是一種常用的軟體設計模式，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，某個伺服器程式的配置資訊存放在一個文件中，客戶端通過一個 AppConfig 的類來讀取配置文件的資訊。如果在程式運行期間，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，而這樣會嚴重浪費記憶體資源，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，我們希望在程式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：

  • 使用模組
  • 使用 new
  • 使用裝飾器（decorator）
  • 使用元類（metaclass）

使用模組

其實，Python 的模組就是天然的單例模式，因為模組在第一次導入時，會生成 .pyc 文件，當第二次導入時，就會直接載入 .pyc 文件，而不會再次執行模組程式碼。因此，我們只需把相關的函數和數據定義在一個模組中，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：

#!/usr/bin/env python  # _*_ coding:utf-8 _*_  __author__ = 'junxi'      class MySingleton(object):      def foo(self):          pass    my_singleton = MySingleton()

將上面的程式碼保存在文件 mysingleton.py 中，然後這樣使用：

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，程式碼如下：

class Singleton(object):      _instance = None        def __new__(cls, *args, **kwargs):          if not cls._instance:              cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)          return cls._instance      class MyClass(Singleton):      a = 1    one = MyClass()  two = MyClass()  print 'one == two: ', (one == two)  print 'id(one): ', id(one)  print 'id(two): ', id(two)

執行結果：

one == two:  True  id(one):  50662032  id(two):  50662032

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。這裡，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，程式碼如下：

from functools import wraps      def singleton(cls):      instances = {}      @wraps(cls)      def getinstance(*args, **kwargs):          if cls not in instances:              instances[cls] = cls(*args, **kwargs)          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 返回修改後的類 使用元類實現單例模式的程式碼如下：

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      a = 1      # python3  # class MyClass(metaclass=Singleton)  #    pass    a = MyClass()  b = MyClass()  print a.a  print 'a is b ? ', (a is b)

執行結果：

1  a is b ?  True

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