在Python中如何實現單例模式？這可以說是一個經典的Python面試題了。這回我們講講實現Python中實現單例模式的n種方式，和它的原理。

什么是單例模式

維基百科 中說：

單例模式，也叫單子模式，是一種常用的軟件設計模式。在應用這個模式時，單例對象的類必須保證只有一個實例存在。許多時候整個系統只需要擁有一個的全局對象，這樣有利于我們協調系統整體的行為。比如在某個服務器程序中，該服務器的配置信息存放在一個文件中，這些配置數據由一個單例對象統一讀取，然后服務進程中的其他對象再通過這個單例對象獲取這些配置信息。這種方式簡化了在復雜環境下的配置管理。

在日常編程中，最常用的地方就在于配置類了。舉個例子：

from config import configprint(config.SQLALCHEMY_DB_URI)

我們當然是希望 config 在全局中都是唯一的，那么最簡單的實現單例的方式就出來了：使用一個全局變量。

實現單例的方式

全局變量

我們在一個模塊中實現配置類：

# config.pyclass Config:  def __init__(self, SQLALCHEMY_DB_URI):    self.SQLALCHEMY_DB_URI = SQLALCHEMY_DB_URIconfig = Config("mysql://xxx")

當然這只是一個例子。真正實現的時候我們肯定不會這樣做，因為 __init__ 太難寫了。也許我們可以考慮 Python 3.7 中引入的 dataclass :

# config.pyfrom dataclasses import dataclass@dataclassclass Config:    SQLALCHEMY_DB_URI = SQLALCHEMY_DB_URIconfig = Config(SQLALCHEMY_DB_URI ="mysql://")

通過使用全局變量，我們在所有需要引用配置的地方，都使用 from config import config 來導入，這樣就達到了全局唯一的目的。

使用metaclass

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]class Config(metaclass=Singleton):  def __init__(self, SQLALCHEMY_DB_URI):    self.SQLALCHEMY_DB_URI = SQLALCHEMY_DB_URI

metaclass 是類的類，在Python中，instance是實例，class是類，metaclass是類的類。instance是class實例化的結果，而class是metaclass實例化的結果。因此， Config 在被實例化的時候，就會調用 Singleton.__call__ ， 所以所有 Config() 的地方，最后都會返回同一個對象。

重寫 __new__

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 Config(Singleton, BaseClass):  pass

Python中，類實例化的過程是先執行 Config.__new__ 生成實例，然后執行 實例.__init__ 進行初始化的，所以通過重寫 __new__ 也可以達到所有調用 Config() 的地方都返回同一個對象。