单例模式

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:

39637744 banana
39637744 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._instNone,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]

结果为:

0
1
2

如果这种行为不是你想要的,可以为Borg类添加__eq____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。

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