Python学习之单例模式详解

在python开发中，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）

　　使用模块

　　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.pyclass 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()

　　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

　　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)

　　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

　　@singletonclass 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] 。

　　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]

　　# Python2class MyClass(object):

　　__metaclass__ = Singleton

　　# Python3# class MyClass(metaclass=Singleton):# pass

　　小结

　　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

 

来源：SegmentFault