【Python基礎知識】單例模式

單例模式是保證一個類僅有一個實例的設計模式。Windows中的任務管理器就是一個典型的單例模式軟件。Windows任務管理器如圖所示。

Windows任務管理器

Windows任務管理器只能打開一個，即使用戶重復打開，也只能獲得一個實例，這不同于Word等軟件可以打開多個實例。這是因為如果有2個窗口同時都能結束進程，那么在窗口A中結束了某進程，而在窗口B中該進程還保留著;反之，在窗口B中結束了某進程，而在窗口A中該進程還保留著。這樣就會造成沖突，導致系統崩潰。

定義單例類的語法格式如下：

class 類名(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(類名, cls).__new__(cls)

return cls._instance

創建的單例類繼承了object類。類中定義了一個魔法方法__new__()，__new__()方法是創建實例時調用的方法，因此，常說的創建一個實例，其實就是使用這個方法創建的。在__new__()方法中，第一個參數為cls，說明這是一個類方法，后面兩個參數分別為*args和**kwargs。用這個方法來創建唯一實例。__new__()方法中，采用if語句判斷當前類的實例是否存在，如果不存在，那么需要先創建實例，再返回當前類的實例;如果存在，那么直接返回當前類的實例�？梢圆捎脙煞N方式來創建實例，第一種方式是父類object調用魔法方法__new__()，參數為當前類本身;第二種是用super()方法，指定調用當前類父類的__new__()方法。

下面是一個單例類的示例。先編寫一個Singleton類，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 

再創建Singleton類的兩個實例，代碼如下：

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

最后通過id()函數生成兩個實例的內存地址，從而判斷Singleton類是不是單例類，代碼如下：

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

運行結果：

1. s1的地址：31244920，s2的地址：31244920 

由運行結果可知，這兩個實例的內存地址一致，說明是同一個實例，即生成的是單一實例，也就是說s1和s2其實是這一個實例的不同名稱而已，因此，Singleton類是單例類。

在上述示例的基礎上，先創建一個Mother類繼承Singleton類，類中包含實例屬性msg表示菜信息，實例方法get_food()用于接收并拼接菜信息msg，實例方法food()用于打印菜信息msg：

1. class Mother(Singleton):   # 繼承Singleton類 
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) 

再創建Mother類的兩個實例，并分別調用get_food()方法將菜信息作為參數進行傳遞，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實例的內存地址，并調用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() 

運行結果：

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類繼承了Singleton類，因此，實例mother1和mother2指向的是同一個內存地址，兩次調用get_food()方法，參數中的字符串會拼接在一起，在調用food()方法時，打印結果都是拼接后的“西紅柿雞蛋”。

如果在創建Mother類時不繼承Singleton類，那么運行結果是否發生改變呢?只修改定義Mother類的第一行代碼，其余代碼不變，修改的代碼如下：

1. class Mother(): 

運行結果：

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 

由兩次的運行結果可知，修改之前打印的兩個內存地址是相同的，而修改之后打印的兩個內存地址不相同，說明修改之后創建Monther類的兩個實例是不同的實例，因此，這兩個實例分別調用get_food()方法時，字符串不會進行拼接，調用food()方法時打印結果也不相同。

綜上所述，單例模式只有唯一實例，解決資源共享問題，節約系統內存，提高系統運行效率。