元编程创建缓存实例
单例模式要求一个类只能创建一个实例，缓存类和单例模式类似，前者要求一个标识符（名字）关联到一个唯一的类实例。例如Python模块logging中的getLogger函数的行为：一个名字关联到一个日志类实例，如果我们尝试用同一个名字创建多个实例，发现这些实例都是唯一的（一样的），这种行为和单例模式很像，因此，我们可以把缓存类称为名字单例模式。
下面我们来看看logging中的行为：
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| >>> import logging
>>> a = logging.getLogger('a')
>>> b = logging.getLogger('a')
>>> a is b
True
>>> c = logging.getLogger('c')
>>> a is c
False
>>>
|
实现依据名字缓存实例的效果，首先想到的数据结构就是字典。通过字典绑定名字和实例即可。每次创建或访问通过该字典缓存实例，而字典的键是唯一的，因此可以实现“名字单例模式”。但普通的字典在缓存类实例时会为该对象添加一个引用计数，这样，当外界不再使用该实例时，对象的引用计数依然不为0，导致它无法被垃圾回收。因此这里使用弱引用字典。即：
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| import weakref
_cache = weakref.WeakValueDictionary()
def getLogger(name):
c = _cache.get(name, None)
if c is None:
c = Logger(name)
_cache[name] = c
return c
else:
return c
|
除了使用工厂方法外，还可以使用类的方式，后者更优雅。
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| import weakref
class Logger:
_cache = weakref.WeakValueDictionary()
def __init__(self, name):
self.name = name
def __new__(cls, name):
if name in cls._cache:
return cls._cache[name]
else:
self = super().__new__(cls)
cls._cache[name] = self
return self
|
如果要实现更负责的缓存类实例管理，可以把WeakValueDictionary从缓存类Logger分离开来，实现单独管理缓存实例的类，达到创建实例和缓存实例的松耦合。
最后，还有一种更高级的思路，使用元编程。元类负责管理类的创建，而具体类负责功能的实现。
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| import weakref
class Cached(type):
def __init__(self, *args, **kwargs):
super().__init__(*args, **kwargs)
self.__cache = weakref.WeakValueDictionary()
def __call__(self, name):
if name in self.__cache:
return self.__cache[name]
else:
self = super().__call__(name)
self.__cache[name] = self
return self
class Logger(metaclass=Cached):
def __init__(self, name):
self.name = name
|
可见，元类也是创建实例和缓存实例结构的方式，而且使用元类代码更简洁。
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