Python 手写代码面试题, 在 Python 中如何实现单例模式?

Step 1

Q:: 在 Python 中如何实现单例模式？

A:: 在 Python 中，实现单例模式有多种方法，最常见的是通过类的 __new__ 方法和类变量实现。代码示例如下：

 
class Singleton:
    _instance = None
 
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance
 

这里的 __new__ 方法确保每次实例化该类时，返回的都是同一个实例。另外，你还可以使用装饰器或 metaclass 来实现单例模式。

另一种常见方法是使用装饰器：

 
def singleton(cls):
    instances = {}
    def getinstance(*args, **kwargs):
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return instances[cls]
    return getinstance
 
@singleton
class MyClass:
    pass
 

这种方法在需要给多个类都实现单例模式时更加简洁。

Step 2

Q:: 单例模式的优缺点是什么？

A:: 优点： 1. 单例模式确保一个类只有一个实例，节省了系统资源，尤其是在需要频繁创建和销毁对象的场景中。 2. 提供了对实例的全局访问点，可以避免对同一资源进行多个不必要的实例化。

缺点： 1. 单例模式可能会导致类的职责过重，违背了单一职责原则（SRP）。 2. 在多线程环境下，如果没有妥善处理，可能会引发线程安全问题。 3. 难以进行单元测试，因为单例模式将全局状态保留在内存中，测试环境中容易出现状态污染。

Step 3

Q:: Python 的 GIL（全局解释器锁）如何影响单例模式？

A:: GIL 是 Python 中用于保护访问 Python 对象的全局锁，使得在多线程环境下，同一时间只有一个线程能够执行 Python 字节码。这意味着，即使在多线程环境下，Python 的原生数据结构（如字典、列表）在单例模式的实现中也不需要显式加锁。

然而，在实现单例模式时，如果涉及到需要多线程安全（如涉及到文件操作或网络操作），仍然需要使用线程锁（如 threading.Lock）来确保线程安全。否则，可能会导致多个线程同时创建单例对象，违反单例模式的初衷。