在Python中如何實(shí)現(xiàn)單例模式？這可以說是一個(gè)經(jīng)典的Python面試題了。這回我們講講實(shí)現(xiàn)Python中實(shí)現(xiàn)單例模式的n種方式，和它的原理。

什么是單例模式

維基百科 中說：

單例模式，也叫單子模式，是一種常用的軟件設(shè)計(jì)模式。在應(yīng)用這個(gè)模式時(shí)，單例對(duì)象的類必須保證只有一個(gè)實(shí)例存在。許多時(shí)候整個(gè)系統(tǒng)只需要擁有一個(gè)的全局對(duì)象，這樣有利于我們協(xié)調(diào)系統(tǒng)整體的行為。比如在某個(gè)服務(wù)器程序中，該服務(wù)器的配置信息存放在一個(gè)文件中，這些配置數(shù)據(jù)由一個(gè)單例對(duì)象統(tǒng)一讀取，然后服務(wù)進(jìn)程中的其他對(duì)象再通過這個(gè)單例對(duì)象獲取這些配置信息。這種方式簡(jiǎn)化了在復(fù)雜環(huán)境下的配置管理。

在日常編程中，最常用的地方就在于配置類了。舉個(gè)例子：

from config import config
print(config.SQLALCHEMY_DB_URI)

我們當(dāng)然是希望 config 在全局中都是唯一的，那么最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)單例的方式就出來了：使用一個(gè)全局變量。

實(shí)現(xiàn)單例的方式

全局變量

我們?cè)谝粋€(gè)模塊中實(shí)現(xiàn)配置類：

# config.py
class Config:
  def __init__(self, SQLALCHEMY_DB_URI):
    self.SQLALCHEMY_DB_URI = SQLALCHEMY_DB_URI
config = Config("mysql://xxx")

當(dāng)然這只是一個(gè)例子。真正實(shí)現(xiàn)的時(shí)候我們肯定不會(huì)這樣做，因?yàn)?__init__ 太難寫了。也許我們可以考慮 Python 3.7 中引入的 dataclass :

# config.py
from dataclasses import dataclass
@dataclass
class Config:
    SQLALCHEMY_DB_URI = SQLALCHEMY_DB_URI
config = Config(SQLALCHEMY_DB_URI ="mysql://")

通過使用全局變量，我們?cè)谒行枰门渲玫牡胤?，都使?from config import config 來導(dǎo)入，這樣就達(dá)到了全局唯一的目的。

使用metaclass

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]
class Config(metaclass=Singleton):
  def __init__(self, SQLALCHEMY_DB_URI):
    self.SQLALCHEMY_DB_URI = SQLALCHEMY_DB_URI

metaclass 是類的類，在Python中，instance是實(shí)例，class是類，metaclass是類的類。instance是class實(shí)例化的結(jié)果，而class是metaclass實(shí)例化的結(jié)果。因此， Config 在被實(shí)例化的時(shí)候，就會(huì)調(diào)用 Singleton.__call__ ， 所以所有 Config() 的地方，最后都會(huì)返回同一個(gè)對(duì)象。

重寫 __new__

class Singleton(object):
  _instance = None
  def __new__(class_, *args, **kwargs):
    if not isinstance(class_._instance, class_):
      class_._instance = object.__new__(class_, *args, **kwargs)
    return class_._instance
class Config(Singleton, BaseClass):
  pass

Python中，類實(shí)例化的過程是先執(zhí)行 Config.__new__ 生成實(shí)例，然后執(zhí)行 實(shí)例.__init__ 進(jìn)行初始化的，所以通過重寫 __new__ 也可以達(dá)到所有調(diào)用 Config() 的地方都返回同一個(gè)對(duì)象。

使用裝飾器

def singleton(class_):
  class class_w(class_):
    _instance = None
    def __new__(class_, *args, **kwargs):
      if class_w._instance is None:
        class_w._instance = super(class_w, class_).__new__(class_, *args, **kwargs)
        class_w._instance._sealed = False
      return class_w._instance
    def __init__(self, *args, **kwargs):
      if self._sealed:
        return
      super(class_w, self).__init__(*args, **kwargs)
      self._sealed = True
  class_w.__name__ = class_.__name__
  return class_w
@singleton
class Config(BaseClass):
  pass

使用裝飾器也能達(dá)到這樣的目的，即：有閉包存儲(chǔ)了實(shí)例，在每次調(diào)用 Config() 之前，檢查該實(shí)例，如果已經(jīng)初始化過，那么就直接返回，否則則調(diào)用 Config() 進(jìn)行初始化，然后存儲(chǔ)。

總結(jié)

看完了這四種實(shí)現(xiàn)單例的方式，不知道你有沒有發(fā)現(xiàn)他們都有一個(gè)共同點(diǎn)，即：在真正調(diào)用 Config() 之前進(jìn)行一些攔截操作，來保證返回的對(duì)象都是同一個(gè)：

• 全局變量：不直接調(diào)用 Config() ，而使用同一個(gè)全局變量
• 使用metaclass：metaclass重寫 __call__ 來保證每次調(diào)用 Config() 都會(huì)返回同一個(gè)對(duì)象
• 重寫 __new__ ：重寫 __new__ 來保證每次調(diào)用 Config() 都會(huì)返回同一個(gè)對(duì)象
• 使用裝飾器：使用裝飾器來保證每次調(diào)用 Config() 都會(huì)返回同一個(gè)對(duì)象

以上所述是小編給大家介紹的Python中實(shí)現(xiàn)單例模式的n種方式和原理，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持！

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