Python 面向对象之单例模式

【一】单例模式概念

• 单例模式是一种设计模式，其核心思想是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
• 单例模式通常用于管理共享的资源，例如配置信息、数据库连接、线程池等。
• 关键点在于如何判断这个类是否已经实例化
  • 通过模块导入：借助模块的底层导入原理
  • 通过元类实现：元类的魔法方法__call__会在实例化之前执行，可以进行判断
  • 通过装饰器实现：装饰器也会在实例化之前操作，可以尽心判断

【二】单例模式实现方法

【1】通过模块导入

• 这是最简单并且最好理解的方法，建议就用这个

# module.py文件内容
class FuncTools(object):
    pass
func_tools = FuncTools()

# 需要导入这个功能对象的文件
from module import func_tools
functools......

• 模块只会导入一次，第二次导入时在内存中找到了这个实例对象，所以就不会再次生成一个新的实例

【2】通过元类实现

• 有一点难度

class MyMeta(type):
    __have_instance = None

    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls.__have_instance:
            obj = super().__call__(*args, **kwargs)
            cls.__have_instance = obj
        return cls.__have_instance

class Student(metaclass=MyMeta):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

student_one = Student("bruce")
print(student_one.name, id(student_one))
# bruce 2973012426224
student_two = Student("tom")
print(student_two.name, id(student_two))
# bruce 2973012426224

• 在生成实例（student_one）的时候触发元类（MyMeta）的__call__方法进行判断没有实例，创建了实例
• 在生成第二个实例（student_two）的时候再次触发元类（MyMeta）的__call__方法进行判断，有了实例直接返回已经存在，所以不会创建新的实例
• 为什么是用的元类（MyMeta）的__call__方法呢？
  • 因为__init__和__new__都是在定义类（Student）的时候执行的
  • 仅执行了一次，并且还是在实例（student_one）之前触发的
  • 所以只能用元类（MyMeta）的__call__

【3】通过装饰器实现

• 理解难度比元类好一点

def singleton(cls):
    cls_dict = {}
    def inner(*args, **kwargs):
        if cls not in cls_dict.keys():
            cls_dict[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return cls_dict[cls]
    return inner
@singleton
class Student(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

student_one = Student("bruce")
print(student_one.name, id(student_one))
student_two = Student("tom")
print(student_two.name, id(student_two))

• 通过装饰器singleton装饰类（Student）
• 在生成第一个学生（bruce）时，判断没有这个类没有产生实例，所以创建了实例（student_one）
• 在生成第二个学生（tom）时，判断这个类已经生成过实例，所以没有创建新的，返回第一次生成的实例（student_one）

【三】总结