Python单例模式和Borg惯用法及相关有关问题

Python单例模式和Borg惯用法及相关问题

一、单例模式

如果你想保证某个类从始至终最多只能有一个实例，那么单例模式可能会是你首先想到的，使用__new__静态方法可以很简单的解决：

class Singleton(object):
    def __new__(cls,*args,**kwargs):
        if '_inst' not in vars(cls):
            cls._inst = super(Singleton,cls).__new__(cls)
        return cls._inst

Python 2.X 里你可能看到的实现代码：

class Singleton(object):
    def __new__(cls,*args,**kwargs):
        if '_inst' not in vars(cls):
            cls._inst = super(Singleton,cls).__new__(cls,*args,*kwargs)
        return cls._inst

它们这间的细微不同之处在于 *args,**kwargs：

cls._inst = super(Singleton,cls).__new__(cls,*args,**kwargs)

而这在Python 3.x里将会引发异常：TypeError: object() takes no parameters

如果我们查看 CPython 源码，我们将会看到：

（1）在__new__ 被overridden或者__init__没有被overridden 的情况下，如果调用 object.__new__的时候传递了除cls之外的参数将会报错；

（2）在__new__ 没有被overridden或者__init__被overridden 的情况下，如果调用 object.__init__ 的时候传递了除cls之外的参数将会报错；

（3）*args，和*kwds 在object.__new__除了用来判断报错，并没有什么其它用处

static int
object_init(PyObject *self, PyObject *args, PyObject *kwds)
{
    int err = 0;
    PyTypeObject *type = Py_TYPE(self);
    if (excess_args(args, kwds) &&
        (type->tp_new == object_new || type->tp_init != object_init)) {
        PyErr_SetString(PyExc_TypeError, "object.__init__() takes no parameters");
        err = -1;
    }
    return err;
}

static PyObject *
object_new(PyTypeObject *type, PyObject *args, PyObject *kwds)
{
    if (excess_args(args, kwds) &&
        (type->tp_init == object_init || type->tp_new != object_new)) {
        PyErr_SetString(PyExc_TypeError, "object() takes no parameters");
        return NULL;
    }
    ...
}

二、Borg惯用法

如果你想保证某个类从始至终只创建了一个实例：你并不关心生成实例的id，只关心其状态和行为方式，而且你还想确保它具有子类化的能力，那么可以使用Borg惯用法：

class Borg(object):
    _state = {}
    def __new__(cls,*args,**kwargs):
        obj = super(SingletonBorg,cls).__new__(cls)
        obj.__dict__ = cls._state
        return obj

和单例模式不同的是，Borg惯用法允许多个实例被创建，但所有的实例都共享状态和行为方式。通过这种“数据重载”，你的类不会从Borg继承_shared_state属性，而是自己的数据。为了允许这种“数据重载”，Borg的__new__应当使用cls._shared_state，而不是Borg._shared_state。

如果你想Borg的所有类实例都能够共享状态：

class SingletonSpam_02(Borg):pass

如果你想你的类实例能够相互共享状态，但却不和Borg的其它子类共享，需要在类作用域中加入这样的声明：

     class SingletonSpam_03(Borg):
         _state = {}

测试：

 if __name__ == '__main__':   
    class SingletonSpam_02(Borg):pass
    class SingletonSpam_03(Borg):
         _state = {}
    one = SingletonSpam_02()
    two = SingletonSpam_02()
    one.name = 'lilei'
    two.name = 'hanmeimei'
    print(one.name,two.name)
 
    three = SingletonSpam_03()
    four  = SingletonSpam_03()
    three.name = 'liuxing'
    four.name  = 'baiyun'
    print(three.name,four.name)

执行后，发现在子类中加入_state = {} 就可以实现：自己的类实例能够相互共享状态，但却不和Borg的其它子类共享：

('hanmeimei', 'hanmeimei')
('baiyun', 'baiyun')

Python单例模式和Borg惯用法及相关有关问题

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