5种Python单例模式的实现方式

脚本专栏 2024/9/22 佚名

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本文为大家分享了Python创建单例模式的5种常用方法，供大家参考，具体内容如下

所谓单例，是指一个类的实例从始至终只能被创建一次。
方法1：
如果想使得某个类从始至终最多只有一个实例，使用__new__方法会很简单。Python中类是通过__new__来创建实例的：

class Singleton(object):
  def __new__(cls,*args,**kwargs):
    if not hasattr(cls,'_inst'):
      cls._inst=super(Singleton,cls).__new__(cls,*args,**kwargs)
    return cls._inst
if __name__=='__main__':
  class A(Singleton):
    def __init__(self,s):
      self.s=s   
  a=A('apple')  
  b=A('banana')
  print id(a),a.s
  print id(b),b.s

结果：
29922256 banana
29922256 banana
通过__new__方法，将类的实例在创建的时候绑定到类属性_inst上。如果cls._inst为None，说明类还未实例化，实例化并将实例绑定到cls._inst，以后每次实例化的时候都返回第一次实例化创建的实例。注意从Singleton派生子类的时候，不要重载__new__。
方法2：
有时候我们并不关心生成的实例是否具有同一id，而只关心其状态和行为方式。我们可以允许许多个实例被创建，但所有的实例都共享状态和行为方式：

class Borg(object):
  _shared_state={}
  def __new__(cls,*args,**kwargs):
    obj=super(Borg,cls).__new__(cls,*args,**kwargs)
    obj.__dict__=cls._shared_state
    return obj

将所有实例的__dict__指向同一个字典，这样实例就共享相同的方法和属性。对任何实例的名字属性的设置，无论是在__init__中修改还是直接修改，所有的实例都会受到影响。不过实例的id是不同的。要保证类实例能共享属性，但不和子类共享，注意使用cls._shared_state,而不是Borg._shared_state。
因为实例是不同的id，所以每个实例都可以做字典的key：

if __name__=='__main__':
  class Example(Borg):
    pass
  a=Example()
  b=Example()
  c=Example()
  adict={}
  j=0
  for i in a,b,c:
    adict[i]=j
    j+=1
  for i in a,b,c:
    print adict[i]

结果：
0
1
2
如果这种行为不是你想要的，可以为Borg类添加__eq__和__hash__方法，使其更接近于单例模式的行为：

class Borg(object):
  _shared_state={}
  def __new__(cls,*args,**kwargs):
    obj=super(Borg,cls).__new__(cls,*args,**kwargs)
    obj.__dict__=cls._shared_state
    return obj
  def __hash__(self):
    return 1
  def __eq__(self,other):
    try:
      return self.__dict__ is other.__dict__
    except:
      return False
if __name__=='__main__':
  class Example(Borg):
    pass
  a=Example()
  b=Example()
  c=Example()
  adict={}
  j=0
  for i in a,b,c:
    adict[i]=j
    j+=1
  for i in a,b,c:
    print adict[i]

结果：
2
2
2
所有的实例都能当一个key使用了。
方法3
当你编写一个类的时候，某种机制会使用类名字，基类元组，类字典来创建一个类对象。新型类中这种机制默认为type，而且这种机制是可编程的，称为元类__metaclass__ 。

class Singleton(type):
  def __init__(self,name,bases,class_dict):
    super(Singleton,self).__init__(name,bases,class_dict)
    self._instance=None
  def __call__(self,*args,**kwargs):
    if self._instance is None:
      self._instance=super(Singleton,self).__call__(*args,**kwargs)
    return self._instance
if __name__=='__main__':
  class A(object):
    __metaclass__=Singleton    
  a=A()
  b=A()
  print id(a),id(b)

结果：
34248016 34248016
id是相同的。
例子中我们构造了一个Singleton元类，并使用__call__方法使其能够模拟函数的行为。构造类A时，将其元类设为Singleton，那么创建类对象A时，行为发生如下：
A=Singleton(name,bases,class_dict),A其实为Singleton类的一个实例。
创建A的实例时，A()=Singleton(name,bases,class_dict)()=Singleton(name,bases,class_dict).__call__()，这样就将A的所有实例都指向了A的属性_instance上，这种方法与方法1其实是相同的。
方法4
python中的模块module在程序中只被加载一次，本身就是单例的。可以直接写一个模块，将你需要的方法和属性，写在模块中当做函数和模块作用域的全局变量即可，根本不需要写类。
而且还有一些综合模块和类的优点的方法：

class _singleton(object):
  class ConstError(TypeError):
    pass
  def __setattr__(self,name,value):
    if name in self.__dict__:
      raise self.ConstError
    self.__dict__[name]=value
  def __delattr__(self,name):
    if name in self.__dict__:
      raise self.ConstError
    raise NameError
import sys
sys.modules[__name__]=_singleton()

python并不会对sys.modules进行检查以确保他们是模块对象，我们利用这一点将模块绑定向一个类对象，而且以后都会绑定向同一个对象了。
将代码存放在single.py中：

> import single
> single.a=1
> single.a=2

ConstError
> del single.a
ConstError
方法5：
最简单的方法：

class singleton(object):
  pass
singleton=singleton()

将名字singleton绑定到实例上，singleton就是它自己类的唯一对象了。

以上就是Python单例模式的实现方式详细介绍，希望对大家的学习有所帮助。

Python,单例模式

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2024年09月22日

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