Python 高级编程——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。
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)
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() #这一步不可以少
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
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):
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
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