温故而知新,可以为师矣
开场小故事
“大鸟,今天我在公司写了一个窗体程序,当中有一个是‘工具箱’的窗体,问题就是我希望工具箱要么不出现,要么出现一个,可实际上我每单击菜单,实例化‘工具箱’,他就会出现一个,单击多次就会出现多个,你说怎么办?”
“哈哈,显然你这个‘工具箱’类也要计划生育啊,不能让他超生了。这就是一个设计模式问题呀”
ok,接下来我们就要讲讲这个设计模式---单例模式。
什么是单例模式?
单例模式,保证一个类仅有一个实例,并提供一个访它的全局访问点。单例模式是对象创建型模式。
这句话什么意思?就是说当我们对一个类进行实例化的时候,无论创建多少个对象,只会存在一个实例,至于什么是全局访问点,其实就是一个全局变量来保存一个对象。分析完成,我们通过代码来实现一下:
不过在之前,假如你已经了解了python中__new__
和__init__
用途以及区别。
class Singleton(object):
_instance = None
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if not cls._instance:
cls._instance = super().__new__(cls)
return cls._instance
def __init__(self):
pass
if __name__ == '__main__':
singleton = Singleton()
singleton2 = Singleton()
print(id(singleton)) # 140668529220968
print(id(singleton2)) # 140668529220968
通过代码我们可以发现,在类中维持了一个_instance
的类变量,它的作用就是保持单一实例,通过__new__
魔法方法改变实例的生成过程。
但是程序还是存在一个小问题,每当类调用一次__new__
就是默认调用一次__init__
,当调用多次,也会初始化多次。我们期望单例模式需要保证初始化工作只执行一次。接下来更改一下代码:
class Singleton(object):
_instance = None
_init = True
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if not cls._instance:
cls._instance = super().__new__(cls)
return cls._instance
def __init__(self, name):
if self._init:
self._init = False
self.name = name
if __name__ == '__main__':
singleton1 = Singleton("1")
print(id(singleton1))
singleton2 = Singleton("2")
print(id(singleton2))
print(singleton1.name) # 1
print(singleton2.name) # 1
代码改动很小,同样是利用一个私有类变量标记是否被__init__
,这样当创建多个对象,还是传入不同是参数,有且仅有一个对象,也是第一次创建的那个对象。
装饰器实现单例模式
装饰器的形式也是通过改变类创建的过程,先看一下代码接着再来分析过程:
from functools import wraps
def single(cls):
instance = dict()
@wraps(cls)
def wrapper(*args, **kwargs):
if cls not in instance:
instance[cls] = cls(*args, **kwargs)
return instance[cls]
return wrapper
@single
class Singleton(object):
def __init__(self, name):
self.name = name
if __name__ == '__main__':
singleton1 = Singleton("1")
print(id(singleton1)) # 140130434647040
singleton2 = Singleton("2")
print(id(singleton2)) # 140130434647040
print(singleton1.name) # 1
print(singleton2.name) # 1
代码发现我们实现了一个single
的装饰器,存在一个局部变量instance
,其装饰器的主要过程:
@single
相当于Singleton = single(Singleton)
- 装饰完成,执行创建对象,
single
函数会返回一个wrapper
内部函数名,此时Singleton = wrapper
,而我们自己调用的Singleton("1")
,就相当于wrapper("1")
- 调用
wrapper
函数会判断步骤一传入的参数是否存在于instance
(这是单例模式的关键),不存在,说明是第一次调用,此时执行的cls(*args,**kwargs)
,才是真正去执行Singleton("1")
,这个类也就会调用__init__
,整个对象创建完成,然后返回。 - 当下一次继续创建对象的时候,会判断
instance
存不存在该对象的类,存在这直接返回该类的对象。