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。
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:
将上面的代码保存在文件 mysingleton.py
中,然后这样使用:
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:
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:
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:
![](https://images2017.cnblogs.com/blog/1272773/201801/1272773-20180117184939146-740132428.png)
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:
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