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。
比如,某个服务器程序的配置信息存放在一个文件中,客户端通过一个 AppConfig 的类来读取配置文件的信息。如果在程序运行期间,有很多地方都需要使用配置文件的内容,也就是说,很多地方都需要创建 AppConfig 对象的实例,这就导致系统中存在多个 AppConfig 的实例对象,而这样会严重浪费内存资源,尤其是在配置文件内容很多的情况下。事实上,类似 AppConfig 这样的类,我们希望在程序运行期间只存在一个实例对象。
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)
其实, 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()
__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
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
。
执行情况如下:
>>> one = MyClass() >>> two = MyClass() >>> one == two True >>> one is two True >>> id(one), id(two) (4303862608, 4303862608)
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): a = 1
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]
。
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
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
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本文标题为: Python 中的单例模式
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Creating a singleton in Python - Stack Overflow
深入浅出单实例Singleton设计模式 | 酷 壳
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