如何以 Pythonic 的方式实现单例设计模式？
单例是日常编程的重要设计模式，经常用于不同的项目中。
尽管单例模式在 Java 中是相当流行的模式，但是在 Python 中，它并不是那么简单，单例类可以通过不同的方式实现。我们将探索在 Python 中实现 Singleton 的不同方式。对于那些对 Singleton Class 概念不太满意的人，我已经尝试在下面对其进行简要概述。
单例类是指只有一个对象实例的类。简单来说，只能初始化一个对象实例或该类的一个对象。它隐藏了类的构造函数，因此只能创建该类的一个实例。
它提供对其实例的全局访问，并且可以控制 Class 实例对象的使用。单例设计模式有助于多个现实世界的用例。
单例类是如何在 Java 中实现的？
public class SingletonClass
{
private static SingletonClass SingleInstanceObject = null;
private SingletonClass(){};
public static SingletonClass getSingleInstance() {
if (SingleInstanceObject != null) {
return SingleInstanceObject;
}
else {
SingleInstanceObject = new SingletonClass();
return SingleInstanceObject;
}
}
protected void testFunction() {
System.out.println("Accessing method through single object instance");
}
}
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有助于在 Java 中轻松实现单例类设计模式的三个重要关键字：
- 私有对象实例
- 私有构造器
- 制作一个静态公共函数，以便其他外部模块/java文件可以访问该方法来获取SingletonClass的对象/实例来执行操作或获取一些数据值。
但是，在 Python 中，我们没有 private 关键字。那么我们如何在 Python 中实现单例类设计模式呢？
用 Python 实现的单例类设计模式
有多种实现方法，但在本文中，我将讨论两种主要方法，它们通常用于在 Python 中实现单例类设计模式。
让我们开始！
第一种方法非常简单，我们将检查该类的对象/实例是否已经创建。如果是，那么我们将不允许创建该类的另一个实例。让我们看看这是一个动作：
class Singleton:
__private_instance = None
def __init__(self):
if Singleton.__private_instance is None: //4
Singleton.__private_instance = self
else:
print("Can not create instance of this class")
@staticmethod
def get_instance():
if Singleton.__private_instance is None:
Singleton()
else:
return Singleton.__private_instance
def do_something(self):
print("accessing instance method")
first_object = Singleton.get_instance()
first_object.do_something() //20
a = Singleton()
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上面代码会运行异常：
accessing instance methodException will be raised
正如您在上面的代码中看到的，在第 (20) 行，它尝试创建 Singleton 类的新实例，但是，在构造函数（第 4 行）中，它检查是否已经存在实例（如果存在）那么它会引发一个异常。
在python中双下划线（__some_variable）变量作为私有变量之前，这个不能在类外访问。因此没有其他模块/类可以直接访问或修改它。我们在第 (3) 行的构造函数也充当虚拟私有构造函数。
这意味着虽然没有像我们在 Java 中那样的 private 关键字，但是通过条件逻辑我们可以检查实例是否已经创建，因此它充当私有构造函数。因此，上面的代码是 Singleton 类的简单实现，但不是最好的。
- 2.另一种实现Singleton Class的方法
借助__new__ dunder 方法，我们可以实现 Singleton 类。我已经解释了 __new__ dunder 方法的概念，对于那些不熟悉它的人，vola！好吧，我已经在下面介绍了：
问：Python 中的 __new__ Dunder 方法是什么？
答。__new__ dunder 方法是在 __init__ 方法（构造函数）之前调用的类方法。
1# __new__ 方法被调用来创建对象。此方法始终在 __init__ 方法之前调用。它将类作为参数，因为它必须创建该类的实例。默认情况下，它是一个静态方法。无需为其添加静态方法装饰器。
2#__init__ 方法被调用来初始化对象
现在，我们将使用 __new__ Dunder 方法的实用程序来实现单例设计模式。
让我们看看 __new__ 方法的实际作用以及它如何帮助我们创建一个单例类：class Singleton(object):
__private_instance = None
def __new__(cls, *args, **kwargs):
print("new method called")
if not cls.__private_instance:
cls.__private_instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
return cls.__private_instance
else:
return None
def __init__(self):
print("init method is called")
@staticmethod
def get_instance():
print("get instance method called")
if Singleton.__private_instance is None:
Singleton() //19
return Singleton.__private_instance
def do_something(self):
print("accessing instance method")
ins = Singleton.get_instance() //25
ins.do_something()
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你能猜出上面代码的打印语句的输出：
get instance method called
new method called
init method is called
accessing instance method
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在第 (25) 行，调用一个静态方法来获取类的单个实例，然后如果__private_instance包含实例值，它将不会创建新实例，否则它将通过调用 Singleton 类来创建新实例（在第 (19) 行） ）。因此，它首先转到__new__方法并在第 (7) 行创建一个新实例，然后转到__init__方法以初始化实例对象的任何值。然后，在第 (26) 行，一个对象调用实例方法并打印“访问实例方法”。
现在，让我们尝试在上面的示例中创建另一个对象实例，会发生什么？
class Singleton(object):
__private_instance = None
def __new__(cls, *args, **kwargs):
print("new method called")
if not cls.__private_instance:
cls.__private_instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
return cls.__private_instance
else:
return None
def __init__(self):
print("init method is called")
@staticmethod
def get_instance():
print("get instance method called")
if Singleton.__private_instance is None:
Singleton()
return Singleton.__private_instance
def do_something(self):
print("accessing instance method")
ins = Singleton.get_instance()
ins.do_something()
Singleton() //27
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如您所见，现在我添加了Singleton()（在第 (27) 行）来创建 Singleton 类的对象。现在输出的变化应该是什么？
我会说！稍等，不要向下滚动，首先尝试猜测输出。
上面代码示例的输出是：
get instance method called
new method called
init method is called
accessing instance method
new method called
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正如你所看到的，由于第 (27) 行的 Singleton() 调用，它首先转到 __new__ 方法，但是因为已经为 Singleton 类创建了实例，因此它没有创建另一个实例，并返回 None，每当 __new__ 方法返回 -> None 时， __init__ 方法将不会被调用。