python之單例模式和工廠模式

jayce 發(fā)布于2019-07-31 10:37 / 2481人閱讀

摘要：在工廠方法模式中，我們會(huì)遇到一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)產(chǎn)品非常多時(shí)，繼續(xù)使用工廠方法模式會(huì)產(chǎn)生非常多的工廠類。從簡(jiǎn)單工廠模式到抽象工廠模式，我們都是在用后一種模式解決前一種模式的缺陷，都是在最大程度降低代碼的耦合性。

單例模式

所謂單例模式，也就是說(shuō)不管什么時(shí)候我們要確保只有一個(gè)對(duì)象實(shí)例存在。很多情況下，整個(gè)系統(tǒng)中只需要存在一個(gè)對(duì)象，所有的信息都從這個(gè)對(duì)象獲取，比如系統(tǒng)的配置對(duì)象，或者是線程池。這些場(chǎng)景下，就非常適合使用單例模式?？偨Y(jié)起來(lái)，就是說(shuō)不管我們初始化一個(gè)對(duì)象多少次，真正干活的對(duì)象只會(huì)生成一次并且在首次生成。

我們可以使用單例模式來(lái)保證連接數(shù)據(jù)庫(kù)只會(huì)發(fā)生一次。下面我們看看一個(gè)簡(jiǎn)單的 Flask Web 框架的 sqlite 擴(kuò)展。

-- coding: utf-8 --

import sqlite3
from flask import current_app
from flask import _app_ctx_stack as stack

class SQLite3(object):

def __init__(self, app=None):
    self.app = app
    if app is not None:
        self.init_app(app)

def init_app(self, app):
    """ 
    典型的 Flask 擴(kuò)展的初始化方式
    """
    app.config.setdefault("SQLITE3_DATABASE", ":memory:")
    app.teardown_appcontext(self.teardown)

def connect(self):
    """ 
    連接到 sqlite 數(shù)據(jù)庫(kù)
    """
    return sqlite3.connect(current_app.config["SQLITE3_DATABASE"])

def teardown(self, exception):
      """ 
      關(guān)閉 sqlite 鏈接
      """
    ctx = stack.top
    if hasattr(ctx, "sqlite3_db"):
        ctx.sqlite3_db.close()

@property
def connection(self):
    """ 
    單例模式在這里：使用 flask._app_ctx_stack 存放 sqlite 鏈接, 
    每次獲取數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接時(shí)都通過(guò) connection 獲取
    """
    ctx = stack.top
    if ctx is not None:
        if not hasattr(ctx, "sqlite3_db"):
            ctx.sqlite3_db = self.connect()
        return ctx.sqlite3_db

在以上的代碼中，我們每次使用數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候通過(guò) SQLite3.connection 獲取數(shù)據(jù)庫(kù)連接就可以了。SQLite3.connection保證了數(shù)據(jù)庫(kù)連接只會(huì)發(fā)生一次，其原理和之前我們實(shí)現(xiàn)單例模式的方式相同，只不過(guò)這里存儲(chǔ)實(shí)例的地方變成 flask._app_ctx_stack了。

可以看到單例模式的實(shí)現(xiàn)只需要找一個(gè)變量存放創(chuàng)建的實(shí)例，然后每次獲取實(shí)例時(shí)，先檢查變量中是否已保存實(shí)例，如果沒(méi)有則創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例并將其存放到變量中，以后都從這個(gè)變量中獲取實(shí)例就可以了。單例模式中，只會(huì)創(chuàng)建一次實(shí)例。

工廠模式

“工廠”兩字，一目了然。所謂工廠模式，也就是說(shuō)我們可以通過(guò)工廠類創(chuàng)建產(chǎn)品。

在工廠方法模式中，我們會(huì)遇到一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)產(chǎn)品非常多時(shí)，繼續(xù)使用工廠方法模式會(huì)產(chǎn)生非常多的工廠類。

現(xiàn)在我們有一個(gè)產(chǎn)品是課程，但是僅僅依靠課程還沒(méi)辦法提供完美的服務(wù)，因?yàn)樵?實(shí)驗(yàn)樓你可以邊學(xué)課程邊做實(shí)驗(yàn)?zāi)亍Ｔ谀睦镒鰧?shí)驗(yàn)?zāi)?？?dāng)然是在虛擬機(jī)里了。當(dāng)然我們也有很多種虛擬機(jī)，比如 Linux 虛擬機(jī)和 Mac 虛擬機(jī)。

如果按照工廠方法模式的作法，我們需要?jiǎng)?chuàng)建 Linux 虛擬機(jī)工廠類和 Mac 虛擬機(jī)工廠類，這樣我們就會(huì)有一堆工廠類了。但是在實(shí)驗(yàn)樓里，真正的情況是只有虛擬機(jī)和課程結(jié)合在一起才能給用戶提供完美的服務(wù)。我們就不能創(chuàng)建出一個(gè)能同時(shí)創(chuàng)建課程和虛擬機(jī)的工廠嗎？因?yàn)槲覀冎榔鋵?shí)用戶的需求同時(shí)包含了課程和虛擬機(jī)，如果有一座工廠能同時(shí)生產(chǎn)這兩種產(chǎn)品就完美了。

-- coding: utf-8 --

import random
import abc

兩種類型的課程

class BasicCourse(object):

"""
基礎(chǔ)課程
"""
def get_labs(self):
    return "basic_course: labs"

def __str__(self):
    return "BasicCourse"

class ProjectCourse(object):

"""
項(xiàng)目課
"""

def get_labs(self):
    return "project_course: labs"

def __str__(self):
    return "ProjectCourse"

兩種類型的虛擬機(jī)

class LinuxVm(object):

"""
Linux 虛擬機(jī)
"""

def start(self):
    return "Linux vm running"

class MacVm(object):

"""
Mac OSX 虛擬機(jī)
"""

def start(self):
    return "Mac OSX vm running"

class Factory(metaclass=abc.ABCMeta):

"""
抽象工廠類, 現(xiàn)在工廠類不僅能創(chuàng)建課程，還能創(chuàng)建虛擬機(jī)了
"""

@abc.abstractmethod
def create_course(self):
    pass

@abc.abstractmethod
def create_vm(self):
    pass

class BasicCourseLinuxFactory(Factory):

"""
基礎(chǔ)課程工廠類
"""

def create_course(self):
    return BasicCourse()

def create_vm(self):
    return LinuxVm()

class ProjectCourseMacFactory(Factory):

"""
項(xiàng)目課程工廠類
"""

def create_course(self):
    return ProjectCourse()

def create_vm(self):
    return MacVm()

def get_factory():

"""
隨機(jī)獲取一個(gè)工廠類
"""
return random.choice([BasicCourseLinuxFactory, ProjectCourseMacFactory])()

if name == "__main__":

factory = get_factory()
course = factory.create_course()
vm = factory.create_vm()
print(course.get_labs())
print(vm.start())

抽象工廠模式順利的解決了工廠方法模式中遇到的問(wèn)題，我們通過(guò)將產(chǎn)品的創(chuàng)建進(jìn)行組合放入一個(gè)工廠類中，不但減少了工廠類的數(shù)量，還增加了生產(chǎn)產(chǎn)品體系的能力（比如課程和虛擬機(jī)組成了一個(gè)產(chǎn)品體系）實(shí)驗(yàn)樓?，F(xiàn)在，工廠類不僅僅能創(chuàng)建課程，還能創(chuàng)建虛擬機(jī)，我們只需要一座工廠就能為實(shí)驗(yàn)樓用戶服務(wù)啦。

從簡(jiǎn)單工廠模式到抽象工廠模式，我們都是在用后一種模式解決前一種模式的缺陷，都是在最大程度降低代碼的耦合性。在使用工廠模式家族時(shí)，不管使用哪一種工廠模式，只要能達(dá)到最大程度的解耦，都是不錯(cuò)的選擇。

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