Python中的单例模式

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）

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

##############调用
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

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):
    c = 1

a=MyClass()
b=MyClass()
print(a==b)
print(a is b)
print(id(a),id(b))
"""
True
True
1947813794256 1947813794256
"""

edition 2

class Singleton(object):
    def __new__(cls, *args, **kw):
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            orig = super(Singleton, cls)
            cls._instance = orig.__new__(cls, *args, **kw)
        return cls._instance

class MyClass(Singleton):
    a = 1

a=MyClass()
b=MyClass()
print(a==b)
print(a is b)
print(id(a),id(b))

共享属性

创建实例时把所有实例的__dict__指向同一个字典,这样它们具有相同的属性和方法.

class Borg(object):
    _state = {}
    def __new__(cls, *args, **kw):
        # ob = super(Borg, cls).__new__(cls, *args, **kw)
        cls._state[cls]= super(Borg, cls).__new__(cls, *args, **kw)
        cls._state[cls].__dict__ = cls._state
        print(cls._state)
        print(cls)

class MyClass(Borg):
    a = 1

a=MyClass()
b=MyClass()
print(a==b)
print(a is b)
print(id(a),id(b))
print(MyClass.__dict__)
"""
{<class '__main__.MyClass'>: <__main__.MyClass object at 0x000001E31655D940>}
<class '__main__.MyClass'>
{<class '__main__.MyClass'>: <__main__.MyClass object at 0x000001E31656F940>}
<class '__main__.MyClass'>
True
True
1438393552 1438393552
{'__module__': '__main__', 'a': 1, '__doc__': None}
"""

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

a=MyClass()
b=MyClass()
print(a==b)
print(a is b)
print(id(a),id(b))

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]。

也可以是：

def singleton(cls, *args, **kw):
    instances = {}
    def getinstance():
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kw)
        return instances[cls]
    return getinstance

@singleton
class MyClass:
    a=1

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

a=MyClass()
b=MyClass()
print(a==b)
print(a is b)
print(id(a),id(b))

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