在Python中如何實現單例模式？這可以說是一個經典的Python面試題了。這回我們講講實現Python中實現單例模式的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計模式。在應用這個模式時，單例對象的類必須保證只有一個實例存在。許多時候整個系統只需要擁有一個的全局對象，這樣有利于我們協調系統整體的行為。比如在某個服務器程序中，該服務器的配置信息存放在一個文件中，這些配置數據由一個單例對象統一讀取，然后服務進程中的其他對象再通過這個單例對象獲取這些配置信息。這種方式簡化了在復雜環境下的配置管理。

在日常編程中，最常用的地方就在于配置類了。舉個例子：

            
from config import config
print(config.SQLALCHEMY_DB_URI)
          

我們當然是希望 config 在全局中都是唯一的，那么最簡單的實現單例的方式就出來了：使用一個全局變量。

實現單例的方式

全局變量

我們在一個模塊中實現配置類：

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

當然這只是一個例子。真正實現的時候我們肯定不會這樣做，因為 __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，我們在所有需要引用配置的地方，都使用 from config import config 來導入，這樣就達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是實例，class是類，metaclass是類的類。instance是class實例化的結果，而class是metaclass實例化的結果。因此， Config 在被實例化的時候，就會調用 Singleton.__call__ ， 所以所有 Config() 的地方，最后都會返回同一個對象。

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，類實例化的過程是先執行 Config.__new__ 生成實例，然后執行 實例.__init__ 進行初始化的，所以通過重寫 __new__ 也可以達到所有調用 Config() 的地方都返回同一個對象。

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
          

使用裝飾器也能達到這樣的目的，即：有閉包存儲了實例，在每次調用 Config() 之前，檢查該實例，如果已經初始化過，那么就直接返回，否則則調用 Config() 進行初始化，然后存儲。

總結

看完了這四種實現單例的方式，不知道你有沒有發現他們都有一個共同點，即：在真正調用 Config() 之前進行一些攔截操作，來保證返回的對象都是同一個：

• 全局變量：不直接調用 Config() ，而使用同一個全局變量
• 使用metaclass：metaclass重寫 __call__ 來保證每次調用 Config() 都會返回同一個對象
• 重寫 __new__ ：重寫 __new__ 來保證每次調用 Config() 都會返回同一個對象
• 使用裝飾器：使用裝飾器來保證每次調用 Config() 都會返回同一個對象

以上所述是小編給大家介紹的Python中實現單例模式的n種方式和原理，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復大家的。在此也非常感謝大家對腳本之家網站的支持！