Python 单例模式

lyjin 2024-01-24

Python使用单例模式时，可以创建一个**Singleton**类，所有继承**Singleton**的子类，都为单例模式

```python
class Singleton(abc.ABCMeta, type):
    """
    Singleton metaclass for ensuring only one instance of a class.
    """

_instances = {}

def __call__(cls, *args, **kwargs):
        """Call method for the singleton metaclass."""
        if cls not in cls._instances:
            cls._instances[cls] = super(Singleton, cls).__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instances[cls]
```

这个 **Singleton** 类是一个元类（metaclass），用于实现单例模式。在Python中，元类是用于创建类的“类”。单例模式确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点到这个实例。现在，让我们逐步详细解释这个 **Singleton** 元类的工作原理：

### 类定义
```python
class Singleton(abc.ABCMeta, type):
    ...
```
- 这里定义了一个名为 **Singleton** 的类，它继承自 **abc.ABCMeta** 和 **type**。
- **abc.ABCMeta** 是一个内建的元类，用于创建抽象基类（ABCs）。
- **type** 是Python中所有类的默认元类。在Python中，类也是对象，**type** 是用来创建这些类对象的类。
- 通过继承 **abc.ABCMeta**，**Singleton** 支持创建抽象基类，同时它也是一个元类，因为它继承了 **type**。

### 类变量

```python
_instances = {}
```
- **_instances** 是一个类变量，用字典来存储每个类的唯一实例。
- 键是类**cls**，值是该类的单例实例。

### ________call________ 方法

```python
def __call__(cls, *args, **kwargs):
    ...
```

- **________call________** 方法在元类中被定义，当类（它是由这个元类创建的）被“调用”以实例化一个新对象时会被触发。
- **cls** 参数表示当前正在被实例化的类。
- *args 和 **kwargs 用于接收传递给实例的参数。

### 创建或返回单例实例

```python
if cls not in cls._instances:
    cls._instances[cls] = super(Singleton, cls).__call__(*args, **kwargs)
return cls._instances[cls]
```

- 这段代码检查 **_instances** 字典中是否已经存在针对特定 cls 的实例。
- 如果不存在（即这个类的实例还没有被创建），它将调用父类（实际上是 **type**）的 **__call__** 方法来创建一个实例，并将其存储在 **_instances[cls]** 中。
- 如果这个类的实例已经存在，它直接返回这个实例。
- 这确保了无论何时调用该类（即使是传递不同的参数），都只创建一个实例，并且总是返回同一个实例。

### 使用示例

```python
class MyClass(metaclass=Singleton):
    pass

# 每次创建 MyClass 的实例时，都会得到相同的对象
instance1 = MyClass()
instance2 = MyClass()
assert instance1 is instance2  # 这个断言将会通过，因为 instance1 和 instance2 是同一个对象
```

总之，这个 **Singleton** 元类是一个实现单例模式的高级工具。当用它作为元类创建其他类时，这些类将自动成为单例，确保每个类只有一个实例存在。

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