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Python3 单例模式

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王坤祥
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发布于: 2020 年 08 月 25 日
Python3 单例模式

单例模式(Singleton Pattern)是最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类,该类负责创建自己的对象,同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式,可以直接访问,不需要实例化该类的对象。



注意:

  • 1、单例类只能有一个实例。

  • 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。

  • 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

单例模式介绍

意图: 保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

主要解决: 一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用: 当您想控制实例数目,节省系统资源的时候。

如何解决: 判断系统是否已经有这个单例,如果有则返回,如果没有则创建。

关键代码: 构造函数是私有的。

应用实例: 1、一个党只能有一个主席。 2、Windows 是多进程多线程的,在操作一个文件的时候,就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象,所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。 3、一些设备管理器常常设计为单例模式,比如一个电脑有两台打印机,在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。



优点: 1、在内存里只有一个实例,减少了内存的开销,尤其是频繁的创建和销毁实例(比如管理学院首页页面缓存)。 2、避免对资源的多重占用(比如写文件操作)。



缺点: 没有接口,不能继承,与单一职责原则冲突,一个类应该只关心内部逻辑,而不关心外面怎么样来实例化。



使用场景: 1、要求生产唯一序列号。 2、WEB 中的计数器,不用每次刷新都在数据库里加一次,用单例先缓存起来。 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多,比如 I/O 与数据库的连接等。



注意事项: getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

单例模式的实现

在 Python 中,我们可以用多种方法来实现单例模式:



  • 使用基类 __new__

  • 使用模块

  • 使用装饰器(decorator)

  • 使用元类(metaclass)

使用基类 `_new_`

__new__ 是真正创建实例对象的方法,所以重写基类的__new__方法,以此来保证创建对象的时候只生成一个实例

class Singleton(object):
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if not hasattr(cls, '_instance'):
cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
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。执行结果如下:

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

使用元类

元类(参考:深刻理解Python中的元类)是用于创建类对象的类,类对象创建实例对象时一定会调用__call__方法,因此在调用__call__时候保证始终只创建一个实例即可,type是python中的一个元类。



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):
def __call__(cls, *args, **kwargs):
if not hasattr(cls, '_instance'):
cls._instance = super(Singleton, cls).__call__(*args, **kwargs)
return cls._instance
class MyClass(metaclass=Singleton):
a = 1
## 执行结果如下
>>> one = MyClass()
>>> two = MyClass()
>>> one == two
True
>>> one is two
True
>>> id(one), id(two)
(4303862608, 4303862608)

使用装饰器

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:



def singleton(cls):
instances = {}
def wrapper(*args, **kwargs):
if cls not in instances:
instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
return instances[cls]
return wrapper
@singleton
class Foo(object):
pass



将装饰器写成类形式

class single03(object):
def __init__(self, cls):
self._cls = cls
self._instances = None;
def __call__(self, *args):
if not self._instances:
self._instances = self._cls(*args)
return self._instances
@single03
class A(object):
def __init__(self, name):
self.name = name



在上面,我们定义了一个装饰器 singleton,它返回了一个内部函数 warpper,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]

使用模块

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()



参考

  1. http://python.jobbole.com/87294/

  2. http://python.jobbole.com/87791/?utmsource=blog.jobbole.com&utmmedium=relatedPosts



发布于: 2020 年 08 月 25 日阅读数: 74
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日拱一卒,功不唐捐。 2017.10.17 加入

不懂热能的低温工程师不是好程序猿

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