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Python中实现单例模式的n种方式和原理

程序员文章站 2024-03-30 21:20:27
在python中如何实现单例模式?这可以说是一个经典的python面试题了。这回我们讲讲实现python中实现单例模式的n种方式,和它的原理。 什么是单例模式 *...

在python中如何实现单例模式?这可以说是一个经典的python面试题了。这回我们讲讲实现python中实现单例模式的n种方式,和它的原理。

什么是单例模式

* 中说:

单例模式,也叫单子模式,是一种常用的软件设计模式。在应用这个模式时,单例对象的类必须保证只有一个实例存在。许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象,这样有利于我们协调系统整体的行为。比如在某个服务器程序中,该服务器的配置信息存放在一个文件中,这些配置数据由一个单例对象统一读取,然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。

在日常编程中,最常用的地方就在于配置类了。举个例子:

from config import config
print(config.sqlalchemy_db_uri)

我们当然是希望 config 在全局中都是唯一的,那么最简单的实现单例的方式就出来了:使用一个全局变量。

实现单例的方式

全局变量

我们在一个模块中实现配置类:

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

当然这只是一个例子。真正实现的时候我们肯定不会这样做,因为 __init__ 太难写了。也许我们可以考虑 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://")

通过使用全局变量,我们在所有需要引用配置的地方,都使用 from config import config 来导入,这样就达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 是类的类,在python中,instance是实例,class是类,metaclass是类的类。instance是class实例化的结果,而class是metaclass实例化的结果。因此, config 在被实例化的时候,就会调用 singleton.__call__ , 所以所有 config() 的地方,最后都会返回同一个对象。

重写 __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,类实例化的过程是先执行 config.__new__ 生成实例,然后执行 实例.__init__ 进行初始化的,所以通过重写 __new__ 也可以达到所有调用 config() 的地方都返回同一个对象。

使用装饰器

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

使用装饰器也能达到这样的目的,即:有闭包存储了实例,在每次调用 config() 之前,检查该实例,如果已经初始化过,那么就直接返回,否则则调用 config() 进行初始化,然后存储。

总结

看完了这四种实现单例的方式,不知道你有没有发现他们都有一个共同点,即:在真正调用 config() 之前进行一些拦截操作,来保证返回的对象都是同一个:

  • 全局变量:不直接调用 config() ,而使用同一个全局变量
  • 使用metaclass:metaclass重写 __call__ 来保证每次调用 config() 都会返回同一个对象
  • 重写 __new__ :重写 __new__ 来保证每次调用 config() 都会返回同一个对象
  • 使用装饰器:使用装饰器来保证每次调用 config() 都会返回同一个对象

以上所述是小编给大家介绍的python中实现单例模式的n种方式和原理,希望对大家有所帮助