Python中实现单例模式的n种方式和原理

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

维基百科 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，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对我们网站的支持！

赞 (0)

相关推荐

  • Python中单例模式总结

    一.单例模式 a.单例模式分为四种:文件,类,基于__new__方法实现单例模式,基于metaclass方式实现 b.类实现如下: class Sigletion(objects): import time def __init__(self): time.sleep(1) @classmethod def instance(cls,*args,**kwargs) if not hasattr(Sigletion,'_instance'): Sigletion._instance=Sigleti

  • Python使用metaclass实现Singleton模式的方法

    本文实例讲述了Python使用metaclass实现Singleton模式的方法.分享给大家供大家参考.具体实现方法如下: class Singleton(type): def __call__(cls, *args, **kwargs): print "Singleton call" if not hasattr(cls, 'instance'): cls.instance = super(Singleton, cls).__call__(*args, **kwargs) retur

  • Python下singleton模式的实现方法

    很多开发人员在刚开始学Python 时,都考虑过像 c++ 那样来实现 singleton 模式,但后来会发现 c++ 是 c++,Python 是 Python,不能简单的进行模仿. Python 中常见的方法是借助 global 变量,或者 class 变量来实现单件.本文就介绍以decorator来实现 singleton 模式的方法.示例代码如下: ##----------------------- code begin ----------------------- # -*- cod

  • 详解python实现小波变换的一个简单例子

    最近工作需要,看了一下小波变换方面的东西,用python实现了一个简单的小波变换类,将来可以用在工作中. 简单说几句原理,小波变换类似于傅里叶变换,都是把函数用一组正交基函数展开,选取不同的基函数给出不同的变换.例如傅里叶变换,选择的是sin和cos,或者exp(ikx)这种复指数函数:而小波变换,选取基函数的方式更加灵活,可以根据要处理的数据的特点(比如某一段上信息量比较多),在不同尺度上采用不同的频宽来对已知信号进行分解,从而尽可能保留多一点信息,同时又避免了原始傅里叶变换的大计算量.以下计

  • Python实现Singleton模式的方式详解

    前言 使用python实现设计模式中的单例模式.单例模式是一种比较常用的设计模式,其实现和使用场景判定都是相对容易的.本文将简要介绍一下python中实现单例模式的几种常见方式和原理.一方面可以加深对python的理解,另一方面可以更加深入的了解该模式,以便实际工作中能更加灵活的使用单例设计模式. 本文将介绍常见的实现单例模式的几种方式,这里暂不考虑多线程的情况. 为了准备该篇博文,之前写了几篇相关的文章依次完整的介绍了相关的概念,下面会在需要的时候给出链接. 装饰器作为python实现单例模式

  • python中单例常用的几种实现方法总结

    前言 最近这两天在看自己之前写的代码,所以正好把用过的东西整理一下,单例模式,在日常的代码工作中也是经常被用到, 所以这里把之前用过的不同方式实现的单例方式整理一下 什么是单例? 确保某一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例,这个类称为单例类,单例模式是一种对象创建型模式. 那么单例模式有什么用途呢?举个常见的单例模式例子,我们平时使用的电脑上都有一个回收站,在整个操作系统中,回收站只能有一个实例,整个系统都使用这个唯一的实例,而且回收站自行提供自己的实例,因此回收站是单例模

  • Python中实现单例模式的n种方式和原理

    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 维基百科 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

  • 一文详解Python中实现单例模式的几种常见方式

    目录 Python 中实现单例模式的几种常见方式 元类(Metaclass): 装饰器(Decorator): 模块(Module): new 方法: 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, **kwa

  • 对Python中创建进程的两种方式以及进程池详解

    在Python中创建进程有两种方式,第一种是: from multiprocessing import Process import time def test(): while True: print('---test---') time.sleep(1) if __name__ == '__main__': p=Process(target=test) p.start() while True: print('---main---') time.sleep(1) 上面这段代码是在window

  • Python中引用传参四种方式介绍

    目录 引用传参一: ​引用传参二: ​​引用传参三: ​​引用传参四: 总结 引用传参一: ​​>>> a = 100 #这里的a是不可变类型 >>> def test(a): ... a+=a #这个式子有两层含义:1.这里可能是重新定义一个新的变量a,2.也有可能是修改a的值,但由于全局 #变量a不能修改,所以此处是重新定义了一个a: ... print("函数内:%d"%a) ... >>> test(a) 函数内:200 &

  • python中列表添加元素的几种方式(+、append()、extend())

    目录 1.使用+加号 2.使用append()方法 3.使用extend()方法 4.难点 1.使用+加号 +加号是将两个list列表相加,返回一个新的列表对象,会消耗额外的内存. #!/usr/bin/env python # -*- coding:utf-8 -*- if __name__ == '__main__': a = [1, 2, 3] b = [4, 5, 6] c = a + b print(c) 输出: [1, 2, 3, 4, 5, 6]Process finished w

  • Python中导入模块的几种方式总结

    目录 Part.I 预备知识 Chap.I 几个概念的区分 Chap.II 模块中的 all 变量 Part.II 导入模块的几种方法 Chap.I 方法 Chap.II 实例 补充:python导入自己的模块 总结 Part.I 预备知识 Chap.I 几个概念的区分 Python 模块(Module),是一个 Python 文件,以 .py 结尾,包含了 Python 对象定义和 Python 语句. Python 包是一个分层次的文件目录结构,它定义了一个由模块及子包,和子包下的子包等组成

  • 常见的在Python中实现单例模式的三种方法

    单例模式是一种常用的软件设计模式.在它的核心结构中只包含一个被称为单例类的特殊类.通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例而且该实例易于外界访问,从而方便对实例个数的控制并节约系统资源.如果希望在系统中某个类的对象只能存在一个,单例模式是最好的解决方案. 单例模式的要点有三个:一是某个类只能有一个实例:二是它必须自行创建这个实例:三是它必须自行向整个系统提供这个实例.在Python中,单例模式有以下几种实现方式. 方法一.实现__new__方法,然后将类的一个实例绑定到类变量_instanc

  • Python实现单例模式的四种方式详解

    Python实现单例模式的四种方式详解

    简介:单例模式可以保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点.适用性于当类只能有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它,例如访问数据库.MQ等. 实现方式: 1.通过导入模块实现 2.通过装饰器实现 3.通过使用类实现 4.通过__new__ 方法实现 单例模块方式被导入的源码:singleton.py # -*- coding: utf-8 -*- # time: 2022/5/17 10:31 # file: singleton.py # author: tom # 公众

  • Python中取整的几种方法小结

    前言 对每位程序员来说,在编程过程中数据处理是不可避免的,很多时候都需要根据需求把获取到的数据进行处理,取整则是最基本的数据处理.取整的方式则包括向下取整.四舍五入.向上取整等等.下面就来看看在Python中取整的几种方法吧. 1.向下取整 向下取整直接用内建的 int() 函数即可: >>> a = 3.75 >>> int(a) 3 2.四舍五入 对数字进行四舍五入用 round() 函数: >>> round(3.25); round(4.85)

  • Python操作MySQL数据库的两种方式实例分析【pymysql和pandas】

    Python操作MySQL数据库的两种方式实例分析【pymysql和pandas】

    本文实例讲述了Python操作MySQL数据库的两种方式.分享给大家供大家参考,具体如下: 第一种 使用pymysql 代码如下: import pymysql #打开数据库连接 db=pymysql.connect(host='1.1.1.1',port=3306,user='root',passwd='123123',db='test',charset='utf8') cursor=db.cursor()#使用cursor()方法获取操作游标 sql = "select * from tes

随机推荐