Python 中的单例模式

   <h2>单例模式</h2>    <p>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 <strong>某一个类只有一个实例存在</strong> 。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。</p>    <p>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。</p>    <p>在 Python 中，我们可以用多种方法来实现单例模式：</p>    <ul>     <li> <p>使用模块</p> </li>     <li> <p>使用 __new__</p> </li>     <li> <p>使用装饰器（decorator）</p> </li>     <li> <p>使用元类（metaclass）</p> </li>    </ul>    <h2>使用模块</h2>    <p>其实， <strong>Python 的模块就是天然的单例模式</strong> ，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：</p>    <pre>  <code class="language-python"># mysingleton.py  class My_Singleton(object):      def foo(self):          pass    my_singleton = My_Singleton()</code></pre>    <p>将上面的代码保存在文件 mysingleton.py 中，然后这样使用：</p>    <pre>  <code class="language-python">from mysingleton import my_singleton    my_singleton.foo()</code></pre>    <h2>使用 __new__</h2>    <p>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：</p>    <pre>  <code class="language-python">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</code></pre>    <p>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 。</p>    <p>执行情况如下：</p>    <pre>  <code class="language-python">>>> one = MyClass()  >>> two = MyClass()  >>> one == two  True  >>> one is two  True  >>> id(one), id(two)  (4303862608, 4303862608)</code></pre>    <h2>使用装饰器</h2>    <p>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：</p>    <pre>  <code class="language-python">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</code></pre>    <p>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] 。</p>    <h2>使用 metaclass</h2>    <p>元类（metaclass）可以控制类的创建过程，它主要做三件事：</p>    <ul>     <li> <p>拦截类的创建</p> </li>     <li> <p>修改类的定义</p> </li>     <li> <p>返回修改后的类</p> </li>    </ul>    <p>使用元类实现单例模式的代码如下：</p>    <pre>  <code class="language-python">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</code></pre>    <h2>小结</h2>    <ul>     <li> <p>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</p> </li>    </ul>    <h2>参考资料</h2>    <ul>     <li> <p><a href="/misc/goto?guid=4959735219641064322" rel="nofollow,noindex">Creating a singleton in Python - Stack Overflow</a></p> </li>     <li> <p><a href="/misc/goto?guid=4959735219733905429" rel="nofollow,noindex">深入浅出单实例Singleton设计模式 | 酷 壳</a></p> </li>     <li> <p><a href="/misc/goto?guid=4959659951271422508" rel="nofollow,noindex">design patterns - Python's use of <strong>new</strong> and __init__? - Stack Overflow </a></p> </li>    </ul>    <p> </p>    <p>来自：https://segmentfault.com/a/1190000008141049</p>    <p> </p>