Python中什么是單例模式

本篇文章為大家展示了Python中什么是單例模式，代碼簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

python單例模式

單例模式是一種常用的軟件設計模式，在單例模式的核心結構中,只包含一個被稱為單例類的特殊類。

通過單例模式可以保證系統中一個類只有一個實例,而且這個實例可以輕易被外界訪問,方便控制實例對象的個數以節約系統資源。

單例模式是解決一個系統中某個類的實例化對象有且只能有一個的最好解決方案。

單例模式的要點有三個：

（1）某個類只能有一個實例。

（2）這個類必須自行創建其唯一實例。

（3）這個類必須自行向整個系統提供這個唯一實例。

在python中,單例模式有三種實現方式：

方法一,使用__new__方法

先定義一個類,類中定義__new__方法,然后將類的一個實例類綁定到類變量中。

如果類的_instance值為None,則說明這個類還沒有被實例化過,程序會自動實例化一個類的實例,然后返回。

如果類的_instance值不為None,則程序會直接返回_instance。

代碼如下：

class Singleton(object):
    _instance = None
    
    def __init__(self):
        pass
    
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
    
        if not cls._instance:
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)  
        return cls._instance  
 
class MyClass(Singleton):  
    a = 1

在上面的代碼中，我們將類的實例和一個類變量 _instance關聯起來。

如果 cls._instance為 None 則創建實例，否則直接返回cls._instance。

用上來定義的類實例化兩個對象：

cls1=MyClass()
cls2=MyClass()
print(id(cls1))
print(id(cls2))
print(cls1 == cls2)
print(cls1 is cls2)

得到的結果

43606480
43606480
True
True

方法二,使用decorator裝飾器

我們知道，裝飾器（decorator）可以動態地修改一個類或函數的功能。

在這里使用裝飾器來裝飾某個類，使其只能生成一個實例，代碼如下：

def singleton(cls):
    instances={}
    def getinstance(*args,**kwargs):
        if cls not in instances:
            instances[cls]=cls(*args,**kwargs)
        return instances[cls]
    return getinstance
@singleton
class MyClass(object):
    a=1

在上面，我們定義了一個裝飾器singleton，它返回了一個內部函數getinstance，該函數會判斷某個類是否在字典instances中，

如果不存在，則會將cls作為key，cls(*args, **kw)作為value存到instances中，否則，直接返回instances[cls]。

使用上面定義的類實例化兩個對象,比較兩個對象

cls1=MyClass()
cls2=MyClass()
print(id(cls1))
print(id(cls2))
print(cls1 == cls2)
print(cls1 is cls2)

得到的結果為:

43672016
43672016
True
True

方法三,使用元類（metaclass）

元類（metaclass）可以控制類的創建過程，它主要做三件事：

攔截類的創建
修改類的定義
返回修改后的類

用元類實現單例模式的代碼如下：

class Singleton(type):
        _inst = {}
    
        def __call__(self, *args, **kw):
            if self not in self._inst:
                self._inst[self] = super(Singleton, self).__call__(*args, **kw)
            return self._inst[self]
    
    class MyClass(metaclass=Singleton):
        def __init__(self):
            self.xx = 0
    cls1=MyClass()
    cls2=MyClass()
    print(id(cls1))
    print(id(cls2))
    print(cls1 == cls2)
    print(cls1 is cls2)

得到的結果為:

43477984
43477984
True
True

方法四,使用classmethod方法創建單例模式

class Foo:
    _instance = None
    def __init__(self):
        pass
    @classmethod
    def get_instance(cls):
        if cls._instance:
            return cls._instance
        else:
            obj=cls()
            cls._instance=obj
            return obj
cls1=Foo.get_instance()     # 實例化對象a1時,沒有執行Foo這個類的__init__方法,直接執行Foo類的get_instance方法,
                                  在這里cls代指的是Foo類。
                    # 前面把_instance賦值為None,所以直接執行else中的語句,實例化一個obj對象,
                    然后把obj對象中的_instance方法賦值為obj對象本身,然后返回obj對象。
cls2=Foo.get_instance()   # 實例化a1時,Foo類中的_instance已經被賦值為obj對象,所以再次執行Foo中的get_instance方法時,
                               是執行if中的語句。
                    # 此時cls._instance就指的是obj對象,所以這里也返回obj這個對象。
print(id(cls1))
print(id(cls2))
print(cls1 == cls2)
print(cls1 is cls2)

這種方法由于在實例化對象時要調用類中的get_instance方法,所以用的不多,知道即可。

特別聲明

Python的模塊是天然的單例模式，在一個py文件中,多次導入同一個模塊,這個模塊也只有在第一次的時候被導入,后續的該模塊導入語句都不會再執行了。

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