Einführung in die Verwendung des Singleton-Modus unter der Python-Metaklasse (Codebeispiel)

Dieser Artikel bietet Ihnen eine Einführung in die Verwendung des Singleton-Modus unter Python-Metaklassen (Codebeispiele). Ich hoffe, dass er für Sie hilfreich ist.

1. Was ist Python-Metaklasse

Referenzartikel Was ist Python-Metaklasse? Einführung in Python-Metaklassen

2. Was ist das Singleton-Muster

Das Singleton-Muster (Singleton-Muster) ist ein häufig verwendetes Software-Designmuster. Es enthält in seiner Kernstruktur nur eine spezielle Klasse namens Singleton. Der Singleton-Modus kann sicherstellen, dass es nur eine Instanz einer Klasse im System gibt und dass die Instanz von außen leicht zugänglich ist, wodurch die Kontrolle über die Anzahl der Instanzen erleichtert und Systemressourcen gespart werden. Wenn nur ein Objekt einer bestimmten Klasse im System vorhanden sein soll, ist das Singleton-Muster die beste Lösung.

Wie kann sichergestellt werden, dasseine Klasse nur eine Instanz hat und dass auf diese Instanz leicht zugegriffen werden kann? Durch die Definition einer globalen Variablen wird sichergestellt, dass jederzeit auf das Objekt zugegriffen werden kann, es hindert uns jedoch nicht daran, mehrere Objekte zu instanziieren. Eine bessere Lösung besteht darin, die Klasse selbst für das Speichern ihrer einzigen Instanz verantwortlich zu machen. Diese Klasse garantiert, dass keine anderen Instanzen erstellt werden, und stellt eine Methode für den Zugriff auf die Instanz bereit. Dies ist die Mustermotivation hinter dem Singleton-Muster.

3. Verwenden Sie __new__, um das Singleton zu implementieren

# -*- coding: utf8 -*-

class Singleton(object):
    def __init__(self):
        print 'entrance of __init__'

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

if __name__ == '__main__':
    s1 = Singleton()
    s2 = Singleton()

    print s1, s2

In Python wird normalerweise die Funktion __new__ verwendet, um das Singleton-Muster zu implementieren . Die Funktion __new__ ist für die Konstruktion von Objekten verantwortlich, ähnlich dem Konstruktor in C++. Damit die Klasse nur ein Instanzobjekt erstellt, können wir daher das Verhalten der Funktion __new__ überladen, sodass nur eine Instanz erstellt werden kann. Im obigen Code wird der Singleton-Klasse ein _instance-Attribut zugewiesen. Wenn das _instance-Attribut None ist, wird ein Instanzobjekt erstellt und das _instance-Attribut verweist auf das Objekt. Andernfalls wird das von _instance referenzierte Objekt zurückgegeben . S1 und s2 im Code beziehen sich also tatsächlich auf dasselbe Speicherobjekt.

4. Verwenden Sie die Metaklasse __call__, um Singleton zu implementieren

# -*- coding: utf8 -*-

# 单例模式
class SingletonMetaClass(type):
    def __init__(cls, *args, **kwargs):
        """
        初始化类
        :param args:
        :param kwargs:
        """
        print 'MetaClass.__init__ called'
        print cls._instance
        super(SingletonMetaClass, cls).__init__(*args, **kwargs)


    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        """
        创建类，负责类的行为和属性的创建
        :param name:
        :param bases:
        :param attrs:
        :return:
        """
        print 'MetaClass.__new__ called'

        # 单例模式
        cls._instance = None

        return type.__new__(cls, name, bases, attrs)

    # __call__方法其实和类的创建过程和实例化没有多大关系了，定义了__call__方法才能被使用函数的方式执行。
    # 被该元类创建的类，属于该元类的一个实例。因此创建其实例的时候，会调用元类的__call_方法
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        """
        使类变为可调用对象
        :param args:
        :param kwargs:
        :return:
        """
        print 'MetaClass.__call__ called'
        if cls._instance is None:
            # 这里会去调用类的__new__函数
            cls._instance = super.__call__(SingletonMetaClass, cls).__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instance

class A():
    __metaclass__ = SingletonMetaClass

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print 'A.__new__ called'
        return super(A, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)

if __name__ == '__main__':
    # 因为类A是SingletonMetaClass的一个实例，执行A()时会调用元类SingletonMetaClass的__call__方法
    a1 = A()
    print a1
    a2 = A()
    print a2

Wir wissen, dass in Python Klassen auch Objekte sind und Metaklassen Klassen sind, die Klassen erstellen, also sind Klassen tatsächlich Instanzobjekte von Metaklasse . Wenn in Python ein Objekt die Methode __call__ definiert, ist das Objekt ein aufrufbares Objekt, was bedeutet, dass das Objekt durch Aufrufen einer Funktion aufgerufen werden kann.

Pythons __new__-Methode ist für die Erstellung von Objekten verantwortlich, und die __init__-Methode ist für die Initialisierung von Objekten verantwortlich. Im obigen Code kann ein Objekt der Klasse A erst erstellt werden, nachdem Klasse A erstellt wurde . Um also zuerst Klasse A zu erstellen, werden zuerst die Methoden __new__ und __init__ von SingletonMetaClass ausgeführt. Wenn Anweisung A() ausgeführt wird, um ein Objekt der Klasse A zu erstellen, kann gemäß der Definition der Methode __call__ erwartet werden, dass die Methode __call__ der Metaklasse SingletonMetaClass aufgerufen wird, da Klasse A ein Objekt der Metaklasse SingletonMetaClass ist .

Die Methoden __new__ und __init__ von SiingletonMetaClass im obigen Code werden also nur einmal ausgeführt und SingletonMetaClass wird jedes Mal aufgerufen, wenn A() aufgerufen wird, um eine Instanz der Klasse zu erstellen A. __call__-Methode. Um den Singleton-Modus zu implementieren, bestimmen wir daher, ob das _instance-Attribut von cls in der __call__-Methode der Metaklasse None ist. Wenn es None ist, rufen wir die __call__-Methode der übergeordneten Metaklasse (d. h. den Typ) auf. __call_ Die _method ruft die __new__-Methode der Klasse A auf, um eine Instanz der Klasse A zu erstellen, und verweist dann das _instance-Attribut auf die Instanz, wodurch nur eine Instanz erreicht wird. Das Folgende ist das Ergebnis einer Ausführung:

MetaClass.__new__ called
MetaClass.__init__ called
None
MetaClass.__call__ called
A.__new__ called
<__main__.A object at 0x00000000036D2EB8>
MetaClass.__call__ called
<__main__.A object at 0x00000000036D2EB8>

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