Python 单例模式：实现方法及最佳实践

2024-02-15 23:25:08

在软件开发中，单例模式是一种常用的设计模式，它确保在整个应用程序生命周期内只创建且使用一个特定的对象实例。在 Python 中，实现单例模式有几种常见方法，每种方法都有其优点和缺点。本文将探讨 Python 中实现单例模式的几种常用方式，并提供最佳实践指南，帮助您根据具体情况选择最合适的方法。

模块级单例

模块级单例是一种简单的实现方式，它利用 Python 模块的单例特性。当一个模块被导入时，它只会被加载一次，并且其中的对象实例也会被创建一次。因此，我们可以创建一个模块，并将其中的一个类或函数定义为单例。

# singleton.py

class Singleton:
    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

要使用这个单例，只需导入模块并获取实例。

from singleton import Singleton

singleton = Singleton()

类级单例

类级单例利用 Python 类中的装饰器来实现单例模式。装饰器是一个函数，它可以将另一个函数作为参数，并返回一个修改后的函数。我们可以创建一个装饰器，该装饰器会检查类是否已经实例化，如果没有，则创建一个实例并将其存储在类中。

def singleton(cls):
    instances = {}

    def getinstance(*args, **kwargs):
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return instances[cls]

    return getinstance

@singleton
class Singleton:
    pass

要使用这个单例，只需使用装饰器修饰类，然后获取实例。

singleton = Singleton()

元类单例

元类单例利用 Python 的元类概念来实现单例模式。元类是一个类，它可以创建和修改其他类。我们可以创建一个元类，该元类会检查类的实例化情况，如果没有，则创建一个实例并将其存储在元类中。

class SingletonMeta(type):
    _instances = {}

    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if cls not in cls._instances:
            cls._instances[cls] = super().__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instances[cls]

class Singleton(metaclass=SingletonMeta):
    pass