單例模式
單例模式（Singleton Pattern）是一種常用的軟體設計模式，該模式的主要目的是確保某一個類只有一個例項存在。當你希望在整個系統中，某個類只能出現一個例項時，單例物件就能派上用場。
比如，某個伺服器程式的配置資訊存放在一個檔案中，客戶端通過一個 AppConfig 的類來讀取配置檔案的資訊。如果在程式執行期間，有很多地方都需要使用配置檔案的內容，也就是說，很多地方都需要建立 AppConfig 物件的例項，這就導致系統中存在多個 AppConfig 的例項物件，而這樣會嚴重浪費記憶體資源，尤其是在配置檔案內容很多的情況下。事實上，類似 AppConfig 這樣的類，我們希望在程式執行期間只存在一個例項物件。
在 Python 中，我們可以用多種方法來實現單例模式：
- 使用模組
- 使用
__new__ - 使用裝飾器（decorator）
- 使用元類（metaclass）
使用模組
其實，Python 的模組就是天然的單例模式，因為模組在第一次匯入時，會生成 .pyc 檔案，當第二次匯入時，就會直接載入 .pyc 檔案，而不會再次執行模組程式碼。因此，我們只需把相關的函式和資料定義在一個模組中，就可以獲得一個單例物件了。如果我們真的想要一個單例類，可以考慮這樣做：
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# mysingleton.py class My_Singleton(object): def foo(self): pass my_singleton = My_Singleton() |
將上面的程式碼儲存在檔案 mysingleton.py 中，然後這樣使用：
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from mysingleton import my_singleton my_singleton.foo() |
使用 __new__
為了使類只能出現一個例項，我們可以使用 __new__ 來控制例項的建立過程，程式碼如下：
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class Singleton(object): _instance = None def __new__(cls, *args, **kw): if not cls._instance: cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kw) return cls._instance class MyClass(Singleton): a = 1 |
在上面的程式碼中，我們將類的例項和一個類變數 _instance 關聯起來，如果 cls._instance 為 None 則建立例項，否則直接返回 cls._instance。
執行情況如下：
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>>> one = MyClass() >>> two = MyClass() >>> one == two True >>> one is two True >>> id(one), id(two) (4303862608, 4303862608) |
使用裝飾器
我們知道，裝飾器（decorator）可以動態地修改一個類或函式的功能。這裡，我們也可以使用裝飾器來裝飾某個類，使其只能生成一個例項，程式碼如下：
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from functools import wraps def singleton(cls): instances = {} @wraps(cls) def getinstance(*args, **kw): if cls not in instances: instances[cls] = cls(*args, **kw) 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式 getinstance，該函式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 metaclass
元類（metaclass）可以控制類的建立過程，它主要做三件事：
- 攔截類的建立
- 修改類的定義
- 返回修改後的類
使用元類實現單例模式的程式碼如下：
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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] # Python2 class MyClass(object): __metaclass__ = Singleton # Python3 # class MyClass(metaclass=Singleton): # pass |
小結
- Python 的模組是天然的單例模式，這在大部分情況下應該是夠用的，當然，我們也可以使用裝飾器、元類等方法
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本文標題為: Python 中的單例模式
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