Python 面试题：单例的四种实现方式

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如何在 Python 中实现单例模式，是面试编码环节时比较常见的题目了，这里我们介绍四种实现方式。

• 1.使用装饰器

• 2.使用基类

• 3.使用元类

• 4.使用模块 

◆ 定义

单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，该模式的主要目的是确保某一个类只有一个实例存在。当你希望在整个系统中某个类只能出现一个实例时，单例对象就能派上用场。

应用场景：

• 1. 网站的计数器：程序内一般采用单例模式，否则难以同步

• 2. Web应用的配置对象的读取：配置文件是共享资源

• 3. 多线程的线程池：一般也是采用单例模式 

1. 装饰器模式

使用装饰器来实现单例模式也是python的经典面试题，可以一道简单的题目同时考察装饰器的理解和单例的实现。

装饰器（decorator）可以动态地修改一个类或函数的功能。这里，我们也可以使用装饰器来装饰某个类，使其只能生成一个实例 

def singleton(cls, *args, **kw):

instances = {}

def _singleton():

if cls not in instances:

instances[cls] = cls(*args, **kw)

return instances[cls]

return _singleton

@singleton

class MyClass4(object):

a = 1

def __init__(self, x=0):

self.x = x

one = MyClass4()

two = MyClass4()

two.a = 3

print one.a

• 优点：相比多重继承来说，使用装饰器会更加直观，更pythonic，更elegant的方法

• 缺点：当你实例化Myclass的时候，得到的其实是singleton对象，是一个方法，而不是类，所以没办法使用类的本身的属性

2.使用基类

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 MyClass(Singleton, BaseClass):

pass

• 优点：一个真正的类

• 缺点：多重继承，new可能会被重写。 

3. 使用元类

元类（metaclass）可以控制类的创建过程，它主要做三件事：

• 拦截类的创建

• 修改类的定义

• 返回修改后的类 

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]

#Python2

class MyClass(BaseClass):

__metaclass__ = Singleton

#Python3

class MyClass(BaseClass, metaclass=Singleton):

pass

• 优点：是一个真正的类，自动覆盖继承，合理使用了metaclass

• 缺点：暂无

4. 使用模块

其实Python的模块就是天然的单例模式，因为模块在第一次导入时，会生成 .pyc 文件， 当第二次导入时，就会直接加载 .pyc 文件，而不会再次执行模块代码。

因此，我们只需把相关的函数和数据定义在一个模块中，就可以获得一个单例对象了。 

class MySingleton(object):

def foo(self):

pass

mySingleton = MySingleton()

# 将上面的代码保存在文件 mysingleton.py 中，然后这样使用：

from mysingleton import mySingleton

mySingleton.foo()

• 优点：方便，简单

• 缺点：有人说在python中实现单例模式到底有没有意义，module本身就是单例导入，在一些场景下考虑单例其实是没有必要的....

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