用故事的形式趣说Python单例模式

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前言

在我们的真实世界之外，网络世界也是异常的紧张和繁忙，他们各司其职。最忙的当属 CPU 了，每天 24 小时都在工作，真的是整天神龙见首不见尾。

大家都在这紧张的节奏中工作着。有一天，小 c 加班到很晚，背着电脑包在路上走着。忽然发现了之前见过的小 d，他追上去拍了一下小 d 的肩膀说，嘿，小 d，你也刚下班呀？小 d 满脸的黑人问号，你是谁呀？

小 c 说你不认识我了？我们都是 Python 爸爸大家族里一个 Animal 类实例化出来的对象呀。我是 cat 对象，你是 dog 对象，当时Animal类创造我们的时候，我还拍照了呢。我给你看看照片。

内存地址

小 d 好像有点印象了。小 c 接着问他，你现在回家吗？你还记得你家的地址吗？小 d 说，我从来不去记自己家里的地址的，我只按照固定的路线走就行。小 c 解释说，你可以用 Python 家族提供的方法来查一下自己家的地址呀，这个方法我们每个人都可以用，小 c 边说着边从背包里拿出一个小盒子，这就是 id 盒，你把指纹放在中间就可以显示你家的地址了。

这时 id 盒屏幕上显示了小 c 和小 d 家的地址。

小 d 惊呼道，哇，很神奇耶，这个 id() 方法很强大耶，接着，小 c 指着盒子的背面的文字给小 d 看，这是 id() 方法的说明书。

小 d 恍然大悟，原来这个 id() 函数用于获取对象的内存地址。

小 d 继续不解的问，我们不是同一个类的实例化出来的对象吗？为什么我们的内存地址会不一样呢？我们的地址可以生成一样的吗？

单例模式

小 c 说道，我们可以创建单例模式，这样的话我们的地址就是一样的了。什么是单例模式呢？我们应该怎么创建呢？他们两个边走边说。转眼间，他们就走到了 Hello World 咖啡馆。小 c 说，我们边喝咖啡边聊吧。

小 c 和 小 d 点了两杯卡布基诺，小 c 说到，单例模式是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。

Python 中，一个类创建对象实例是通过调用父类 object 的 __new__(cls) 方法来创建对象的。我们可以通过重写 __new(cls) 方法去实现类只创建一个实例。

小 c 喝了一口咖啡，继续解释道，我们先把类属性初始化为 None，每次都对类属性做判断，如果类属性为 None，表示第一次创建，我们通过父类的__new__(cls)来创建实例。如果类属性不为 None，表示之前已经创建过了，直接返回上一个对象的实例就行。这样，通过上面的单例模式，我们的内存地址就是一样的啦。

小 d 惊呼道：哇，好神奇啊。

但是，我还有个问题，单例模式有什么好处呢？

单例模式作用

小 c 说，单例模式有自己的优缺点。

优点

1、实例控制

单例模式会阻止其他对象实例化其自己的单例对象的副本，从而确保所有对象都访问唯一实例。

2、灵活性

因为类控制了实例化过程，所以类可以灵活更改实例化过程。

缺点

1、开销

虽然数量很少，但如果每次对象请求引用时都要检查是否存在类的实例，将仍然需要一些开销。可以通过使用静态初始化解决此问题。

2、可能的开发混淆

使用单例对象（尤其在类库中定义的对象）时，开发人员必须记住自己不能使用 new 关键字实例化对象。因为可能无法访问库源代码，因此应用程序开发人员可能会意外发现自己无法直接实例化此类。

3、对象生成期

不能解决删除单个对象的问题。在提供内存管理的语言中（例如基于 .NET Framework 的语言），只有单例类能够导致单例类中出现悬浮引用。

所以，我们需要根据自己的需求，是否选择使用单例模式来解决问题。

通过小 c 的讲解，小 d 终于明白了，他们一起走出Hello World 咖啡馆，消失在灯火阑珊的夜色中。