Python的6种方式实现单例模式

单例模式是一个软件的设计模式，为了保证一个类，无论调用多少次产生的实例对象，都是指向同一个内存地址，仅仅只有一个实例(只有一个对象)。

实现单例模式的手段有很多种，但总的原则是保证一个类只要实例化一个对象，下一次再实例的时候就直接返回这个对象，不再做实例化的操作。所以这里面的关键一点就是，如何判断这个类是否实例化过一个对象。

这里介绍两类方式：

一类是通过模块导入的方式;

一类是通过魔法方法判断的方式;

#基本原理：

-第一类通过模块导入的方式，借用了模块导入时的底层原理实现。

-当一个模块(py文件)被导入时，首先会执行这个模块的代码，然后将这个模块的名称空间加载到内存。

-当这个模块第二次再被导入时，不会再执行该文件，而是直接在内存中找。

-于是，如果第一次导入模块，执行文件源代码时实例化了一个类，那再次导入的时候，就不会再实例化。

-第二类主要是基于类和元类实现，在'对象'的魔法方法中判断是否已经实例化过一个对象

-这类方式，根据实现的手法不同，又分为不同的方法，如：

-通过类的绑定方法;通过元类;通过类下的__new__;通过装饰器(函数装饰器，类装饰器)实现等。

下面分别介绍这几种不同的实现方式，仅供参考实现思路，不做具体需求。

通过模块导入

#cls_singleton.py

classFoo(object):

pass

instance=Foo()

#test.py

importcls_singleton

obj1=cls_singleton.instance

obj2=cls_singleton.instance

print(obj1isobj2)

#原理：模块第二次导入从内存找的机制

通过类的绑定方法

classStudent:

_instance=None#记录实例化对象

def__init__(self,name,age):

self.name=name

self.age=age

@classmethod

defget_singleton(cls,*args,**kwargs):

ifnotcls._instance:

cls._instance=cls(*args,**kwargs)

returncls._instance

stu1=Student.get_singleton('jack',18)

stu2=Student.get_singleton('jack',18)

print(stu1isstu2)

print(stu1.__dict__,stu2.__dict__)

#原理：类的绑定方法是第二种实例化对象的方式，

#第一次实例化的对象保存成类的数据属性_instance，

#第二次再实例化时，在get_singleton中判断已经有了实例对象，直接返回类的数据属性_instance

通过魔法方法__new__

classStudent:

_instance=None

def__init__(self,name,age):

self.name=name

self.age=age

def__new__(cls,*args,**kwargs):

#ifcls._instance:

#returncls._instance#有实例则直接返回

#else:

#cls._instance=super().__new__(cls)#没有实例则new一个并保存

#returncls._instance#这个返回是给是给init，再实例化一次，也没有关系

ifnotcls._instance:#这是简化的写法，上面注释的写法更容易提现判断思路

cls._instance=super().__new__(cls)

returncls._instance

stu1=Student('jack',18)

stu2=Student('jack',18)

print(stu1isstu2)

print(stu1.__dict__,stu2.__dict__)

#原理：和方法2类似，将判断的实现方式，从类的绑定方法中转移到类的__new__中

#归根结底都是判断类有没有实例，有则直接返回，无则实例化并保存到_instance中。

通过元类

classMymeta(type):

def__init__(cls,name,bases,dic):

super().__init__(name,bases,dic)

cls._instance=None#将记录类的实例对象的数据属性放在元类中自动定义了

def__call__(cls,*args,**kwargs):#此call会在类被调用(即实例化时触发)

ifcls._instance:#判断类有没有实例化对象

returncls._instance

else:#没有实例化对象时，控制类造空对象并初始化

obj=cls.__new__(cls,*args,**kwargs)

obj.__init__(*args,**kwargs)

cls._instance=obj#保存对象，下一次再实例化可以直接返回而不用再造对象

returnobj

classStudent(metaclass=Mymeta):

def__init__(self,name,age):

self.name=name

self.age=age

stu1=Student('jack',18)

stu2=Student('jack',18)

print(stu1isstu2)

print(stu1.__dict__,stu2.__dict__)

#原理：类定义时会调用元类下的__init__，类调用(实例化对象)时会触发元类下的__call__方法

#类定义时，给类新增一个空的数据属性，

#第一次实例化时，实例化之后就将这个对象赋值给类的数据属性;第二次再实例化时，直接返回类的这个数据属性

#和方式3的不同之处1：类的这个数据属性是放在元类中自动定义的，而不是在类中显示的定义的。

#和方式3的不同之处2：类调用时触发元类__call__方法判断是否有实例化对象，而不是在类的绑定方法中判断

函数装饰器

defsingleton(cls):

_instance_dict={}#采用字典，可以装饰多个类，控制多个类实现单例模式

definner(*args,**kwargs):

ifclsnotin_instance_dict:

_instance_dict[cls]=cls(*args,**kwargs)

return_instance_dict.get(cls)

returninner

@singleton

classStudent:

def__init__(self,name,age):

self.name=name

self.age=age

#def__new__(cls,*args,**kwargs):#将方法3的这部分代码搬到了函数装饰器中

#ifnotcls._instance:

#cls._instance=super().__new__(cls)

#returncls._instan

stu1=Student('jack',18)

stu2=Student('jack',18)

print(stu1isstu2)

print(stu1.__dict__,stu2.__dict__)

类装饰器

classSingleTon:

_instance_dict={}

def__init__(self,cls_name):

self.cls_name=cls_name

def__call__(self,*args,**kwargs):

ifself.cls_namenotinSingleTon._instance_dict:

SingleTon._instance_dict[self.cls_name]=self.cls_name(*args,**kwargs)

returnSingleTon._instance_dict.get(self.cls_name)

@SingleTon#这个语法糖相当于Student=SingleTon(Student),即Student是SingleTon的实例对象

classStudent:

def__init__(self,name,age):

self.name=name

self.age=age

stu1=Student('jack',18)

stu2=Student('jack',18)

print(stu1isstu2)

print(stu1.__dict__,stu2.__dict__)

#原理：在函数装饰器的思路上，将装饰器封装成类。

#程序执行到与语法糖时，会实例化一个Student对象，这个对象是SingleTon的对象。

#后面使用的Student本质上使用的是SingleTon的对象。

#所以使用Student('jack',18)来实例化对象，其实是在调用SingleTon的对象，会触发其__call__的执行

#所以就在__call__中，判断Student类有没有实例对象了。

以上内容为大家介绍了Python的6种方式实现单例模式，希望对大家有所帮助，如果想要了解更多Python相关知识，请关注IT培训机构:千锋教育。https://www.mobiletrain.org/

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