【Python基礎(chǔ)知識(shí)】單例模式

單例模式是保證一個(gè)類(lèi)僅有一個(gè)實(shí)例的設(shè)計(jì)模式。Windows中的任務(wù)管理器就是一個(gè)典型的單例模式軟件。Windows任務(wù)管理器如圖所示。

Windows任務(wù)管理器

Windows任務(wù)管理器只能打開(kāi)一個(gè)，即使用戶(hù)重復(fù)打開(kāi)，也只能獲得一個(gè)實(shí)例，這不同于Word等軟件可以打開(kāi)多個(gè)實(shí)例。這是因?yàn)槿绻��?個(gè)窗口同時(shí)都能結(jié)束進(jìn)程，那么在窗口A中結(jié)束了某進(jìn)程，而在窗口B中該進(jìn)程還保留著;反之，在窗口B中結(jié)束了某進(jìn)程，而在窗口A中該進(jìn)程還保留著。這樣就會(huì)造成沖突，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

定義單例類(lèi)的語(yǔ)法格式如下：

class 類(lèi)名(object):

def __new__(cls, *args, **kwargs):

if not hasattr(cls, '_instance'):

# 第一種方式

cls._instance = object.__new__(cls)

# 第二種方式

# cls._instance = super(類(lèi)名, cls).__new__(cls)

return cls._instance

創(chuàng)建的單例類(lèi)繼承了object類(lèi)。類(lèi)中定義了一個(gè)魔法方法__new__()，__new__()方法是創(chuàng)建實(shí)例時(shí)調(diào)用的方法，因此，常說(shuō)的創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，其實(shí)就是使用這個(gè)方法創(chuàng)建的。在__new__()方法中，第一個(gè)參數(shù)為cls，說(shuō)明這是一個(gè)類(lèi)方法，后面兩個(gè)參數(shù)分別為*args和**kwargs。用這個(gè)方法來(lái)創(chuàng)建唯一實(shí)例。__new__()方法中，采用if語(yǔ)句判斷當(dāng)前類(lèi)的實(shí)例是否存在，如果不存在，那么需要先創(chuàng)建實(shí)例，再返回當(dāng)前類(lèi)的實(shí)例;如果存在，那么直接返回當(dāng)前類(lèi)的實(shí)例。可以采用兩種方式來(lái)創(chuàng)建實(shí)例，第一種方式是父類(lèi)object調(diào)用魔法方法__new__()，參數(shù)為當(dāng)前類(lèi)本身;第二種是用super()方法，指定調(diào)用當(dāng)前類(lèi)父類(lèi)的__new__()方法。

下面是一個(gè)單例類(lèi)的示例。先編寫(xiě)一個(gè)Singleton類(lèi)，代碼如下：

1. class Singleton(object): 
2.     def __new__(cls, *args, **kwargs): 
3.         if not hasattr(cls, '_instance'): 
4.             cls._instance = object.__new__(cls) 
5.             # cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls) 
6.         return cls._instance 

再創(chuàng)建Singleton類(lèi)的兩個(gè)實(shí)例，代碼如下：

1. s1 = Singleton() 
2. s2 = Singleton() 

最后通過(guò)id()函數(shù)生成兩個(gè)實(shí)例的內(nèi)存地址，從而判斷Singleton類(lèi)是不是單例類(lèi)，代碼如下：

1. print('s1的地址：{}，s2的地址：{}'.format(id(s1), id(s2))) 

運(yùn)行結(jié)果：

1. s1的地址：31244920，s2的地址：31244920 

由運(yùn)行結(jié)果可知，這兩個(gè)實(shí)例的內(nèi)存地址一致，說(shuō)明是同一個(gè)實(shí)例，即生成的是單一實(shí)例，也就是說(shuō)s1和s2其實(shí)是這一個(gè)實(shí)例的不同名稱(chēng)而已，因此，Singleton類(lèi)是單例類(lèi)。

在上述示例的基礎(chǔ)上，先創(chuàng)建一個(gè)Mother類(lèi)繼承Singleton類(lèi)，類(lèi)中包含實(shí)例屬性msg表示菜信息，實(shí)例方法get_food()用于接收并拼接菜信息msg，實(shí)例方法food()用于打印菜信息msg：

1. class Mother(Singleton):   # 繼承Singleton類(lèi) 
2.     def __init__(self, msg=''): 
3.         self.msg = msg 
4.     def get_food(self, new_food): 
5.         self.msg += new_food 
6.     def food(self): 
7.         print('做菜:', self.msg) 

再創(chuàng)建Mother類(lèi)的兩個(gè)實(shí)例，并分別調(diào)用get_food()方法將菜信息作為參數(shù)進(jìn)行傳遞，代碼如下：

1. mother1 = Mother() 
2. mother2 = Mother() 
3. mother1.get_food('西紅柿') 
4. mother2.get_food('雞蛋') 

最后分別打印這兩個(gè)實(shí)例的內(nèi)存地址，并調(diào)用food()方法打印菜信息，代碼如下：

1. print('兒子的媽媽id:', id(mother1)) 
2. mother1.food() 
3. print('女兒的媽媽id:', id(mother2)) 
4. mother2.food() 

運(yùn)行結(jié)果：

1. 兒子的媽媽id: 5758896 
2. 做菜: 西紅柿雞蛋 
3. 女兒的媽媽id: 5758896 
4. 做菜: 西紅柿雞蛋 

由于Monther類(lèi)繼承了Singleton類(lèi)，因此，實(shí)例mother1和mother2指向的是同一個(gè)內(nèi)存地址，兩次調(diào)用get_food()方法，參數(shù)中的字符串會(huì)拼接在一起，在調(diào)用food()方法時(shí)，打印結(jié)果都是拼接后的“西紅柿雞蛋”。

如果在創(chuàng)建Mother類(lèi)時(shí)不繼承Singleton類(lèi)，那么運(yùn)行結(jié)果是否發(fā)生改變呢?只修改定義Mother類(lèi)的第一行代碼，其余代碼不變，修改的代碼如下：

1. class Mother(): 

運(yùn)行結(jié)果：

1. 兒子的媽媽id: 169246848 
2. 做菜: 西紅柿 
3. 女兒的媽媽id: 169246904 
4. 做菜: 雞蛋 

由兩次的運(yùn)行結(jié)果可知，修改之前打印的兩個(gè)內(nèi)存地址是相同的，而修改之后打印的兩個(gè)內(nèi)存地址不相同，說(shuō)明修改之后創(chuàng)建Monther類(lèi)的兩個(gè)實(shí)例是不同的實(shí)例，因此，這兩個(gè)實(shí)例分別調(diào)用get_food()方法時(shí)，字符串不會(huì)進(jìn)行拼接，調(diào)用food()方法時(shí)打印結(jié)果也不相同。

綜上所述，單例模式只有唯一實(shí)例，解決資源共享問(wèn)題，節(jié)約系統(tǒng)內(nèi)存，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。