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@singletonclass MyClass4(object):    a = 1    def __init__(self, x=0):        self.x = xone = MyClass4()two = MyClass4()two.a = 3print 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_._instanceclass 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]#Python2class MyClass(BaseClass):    __metaclass__ = Singleton#Python3class 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):        passmySingleton = MySingleton()# 将上面的代码保存在文件 mysingleton.py 中,然后这样使用:from mysingleton import mySingletonmySingleton.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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