一文详解Python中实现单例模式的几种常见方式

 更新时间:2023年03月22日 16:57:14   作者:Dante丶  
这篇文章主要为大家介绍了Python中实现单例模式的几种常见方式示例详解,有需要的朋友可以借鉴参考下,希望能够有所帮助,祝大家多多进步,早日升职加薪

Python 中实现单例模式的几种常见方式

元类(Metaclass):

class SingletonType(type):
    """
    单例元类。用于将普通类转换为单例类。
    """
    _instances = {}  # 存储单例实例的字典
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        """
        重写 __call__ 方法。用于创建和返回单例实例。
        """
        if cls not in cls._instances:  # 如果类还没有实例化过
            cls._instances[cls] = super().__call__(*args, **kwargs)  # 则创建新实例并存储在字典中
        return cls._instances[cls]  # 返回字典中的实例
class MyClass(metaclass=SingletonType):
    """
    单例类。使用元类 SingletonType 将其转换为单例类。
    """
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name}.")
# 创建 MyClass 的两个实例,应该是同一个对象
obj1 = MyClass("Alice")
obj2 = MyClass("Bob")
# 打印两个实例的内存地址,应该相同
print(hex(id(obj1)))  # 输出:0x7f8d94547a90
print(hex(id(obj2)))  # 输出:0x7f8d94547a90
# 调用两个实例的方法,输出应该相同
obj1.say_hello()  # 输出:Hello, my name is Alice.
obj2.say_hello()  # 输出:Hello, my name is Alice.

在上面的代码中,我们定义了一个名为 SingletonType 的元类,并将其用作 MyClass 的元类。在 SingletonType 类中,我们维护了一个 _instances 字典,用于存储每个类的唯一实例。在 __call__() 方法中,我们检查 _instances 字典,如果类尚未拥有实例,则创建一个新实例并添加到 _instances 中。最后,我们返回 _instances 中的实例。

MyClass 类中,我们定义了一个带参数的构造函数,并且使用 metaclass 参数来指定 SingletonType 元类。由于 MyClass 类使用 SingletonType 元类,因此它具有单例行为。在程序中,我们创建了 MyClass 的两个实例 obj1obj2,然后打印它们的内存地址以验证它们是否是同一个对象。最后,我们调用这两个实例的方法,输出应该相同。

装饰器(Decorator):

def singleton(cls):
    """
    单例装饰器。用于将普通类转换为单例类。
    """
    instances = {}  # 存储单例实例的字典
    def get_instance(*args, **kwargs):
        """
        获取单例实例的方法。
        """
        if cls not in instances:  # 如果类还没有实例化过
            instances[cls] = cls(*args, **kwargs)  # 则创建新实例并存储在字典中
        return instances[cls]  # 返回字典中的实例
    return get_instance
@singleton
class MyClass:
    """
    单例类。使用装饰器 singleton 将其转换为单例类。
    """
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name}.")
# 创建 MyClass 的两个实例,应该是同一个对象
obj1 = MyClass("Alice")
obj2 = MyClass("Bob")
# 打印两个实例的内存地址,应该相同
print(hex(id(obj1)))  # 输出:0x7f8d94547a90
print(hex(id(obj2)))  # 输出:0x7f8d94547

在上面的代码中,我们定义了一个名为 singleton 的装饰器函数。在 singleton 函数内部,我们创建了一个 instances 字典,用于存储每个类的唯一实例。然后,我们定义了一个名为 get_instance 的内部函数,用于获取单例实例。在 get_instance 函数中,我们检查 instances 字典,如果类尚未拥有实例,则创建一个新实例并添加到 instances 中。最后,我们返回字典中的实例。

MyClass 类上应用 @singleton 装饰器,以将其转换为单例类。由于该装饰器是针对类进行操作的,因此它可以轻松地将任何普通类转换为单例类。在程序中,我们创建了 MyClass 的两个实例 obj1obj2,然后打印它们的内存地址以验证它们是否是同一个对象。最后,我们调用这两个实例的方法,输出应该相同。

模块(Module):

# mymodule.py
class MyClass:
    """
    单例类。
    """
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name}.")
my_singleton = MyClass("Alice")  # 创建单例实例
# main.py
from mymodule import my_singleton
# 使用单例实例
my_singleton.say_hello()  # 输出:Hello, my name is Alice.

在上面的代码中,我们将 MyClass 类定义在一个独立的模块 mymodule.py 中,并在其中创建了一个单例实例 my_singleton。然后,在另一个文件 main.py 中,我们从 mymodule 模块中导入 my_singleton 实例,并使用它来调用 say_hello() 方法。

由于 Python 模块在首次导入时会自动执行,因此我们可以利用这一特性来创建单例实例。在 mymodule.py 模块中,我们可以确保 my_singleton 只会被创建一次,并在程序的其他部分中共享它。

new 方法:

class MyClass:
    """
    单例类。
    """
    _instance = None  # 存储单例实例的类变量
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        """
        重写 __new__ 方法。用于创建和返回单例实例。
        """
        if cls._instance is None:  # 如果类还没有实例化过
            cls._instance = super().__new__(cls)  # 则创建新实例并存储在类变量中
        return cls._instance  # 返回类变量中的实例
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def say_hello(self):
        print(f"Hello, my name is {self.name}.")
# 创建 MyClass 的两个实例,应该是同一个对象
obj1 = MyClass("Alice")
obj2 = MyClass("Bob")
# 打印两个实例的内存地址,应该相同
print(hex(id(obj1)))  # 输出:0x7f8d94547a90
print(hex(id(obj2)))  # 输出:0x7f8d94547a90
# 调用两个实例的方法,输出应该相同
obj1.say_hello()  # 输出:Hello, my name is Alice.
obj2.say_hello()  # 输出:Hello, my name is Alice.

在上面的代码中,我们将 MyClass 类的构造函数改为 __new__() 方法,并使用 _instance 类变量来存储单例实例。在 __new__() 方法中,我们检查 _instance 变量,如果类尚未拥有实例,则创建一个新实例并添加到 _instance 中。最后,我们返回 _instance 中的实例。

在程序中,我们创建了 MyClass 的两个实例 obj1obj2,然后打印它们的内存地址以验证它们是否是同一个对象。最后,我们调用这两个实例的方法,输出应该相同。

无论使用哪种方法实现单例模式,都需要注意线程安全和可扩展性等方面的问题。因此,在实际开发中,请仔细考虑自己的需求并选择合适的实现方式。

以上就是一文详解Python中实现单例模式的几种常见方式的详细内容,更多关于Python 单例模式的资料请关注脚本之家其它相关文章!

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