Chương 6 — Singleton Pattern

Singleton pattern — các cách triển khai trong python

25/03/2025 Phần 25

Các giới hạn và đặc điểm của python

Trước khi code, cần hiểu Python không hoàn toàn giống các ngôn ngữ OOP khác:

• Python không có “constructor” thực sự, nhưng có __new__ (tạo object) và __init__ (khởi tạo object).
• Python không có static keyword, nhưng có class-level variables và methods.
• Có nhiều cách implement Singleton trong Python: subclass, decorator, hoặc Metaclass.

Trong ba cách, Metaclass là phù hợp nhất vì nó kiểm soát được chính quá trình tạo class.

Ba phương thức override quan trọng

Key idea 1: __new__, __init__, và __call__

• __new__: Static method, chịu trách nhiệm tạo và trả về instance mới. Được override khi cần kiểm soát quá trình tạo object.
• __init__: Instance method, chịu trách nhiệm khởi tạo attributes sau khi object đã được tạo.
• __call__: Instance method, cho phép gọi instance như gọi function. Với Metaclass, __call__ được invoke khi tạo instance của class con.

Phiên bản 1: classic gang of four

Key idea 2: Kiểm soát constructor bằng __init__

class ClassicSingleton:
    _instance = None

    def __init__(self):
        raise RuntimeError("Use get_instance() instead")

    @classmethod
    def get_instance(cls):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = cls.__new__(cls)
        return cls._instance

Cách dùng:

s1 = ClassicSingleton.get_instance()
s2 = ClassicSingleton.get_instance()
print(s1 is s2)  # True

Đây là lazy instantiation — instance chỉ được tạo khi get_instance() được gọi lần đầu.

Phiên bản 2: python đơn giản (override __new__)

Key idea 3: Kiểm soát tạo object qua __new__

class SimpleSingleton:
    _instance = None

    def __new__(cls):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance

Cách dùng:

s1 = SimpleSingleton()
s2 = SimpleSingleton()
print(s1 is s2)  # True

Thứ tự gọi khi tạo object: __new__ được gọi trước, sau đó __init__ được gọi để khởi tạo. Cả hai lần gọi constructor đều tạo ra cùng một instance.

Phiên bản 3: metaclass (được khuyến nghị)

Key idea 4: Singleton logic trong Metaclass

class SingletonMeta(type):
    _instances = {}

    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if cls not in cls._instances:
            cls._instances[cls] = super().__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instances[cls]

class Singleton(metaclass=SingletonMeta):
    def __init__(self):
        # Logic khởi tạo của bạn ở đây
        pass

Ưu điểm của Metaclass:

• Tách biệt hoàn toàn logic Singleton (trong Metaclass) với logic nghiệp vụ (trong class thực).
• Có thể tái sử dụng SingletonMeta cho nhiều class khác nhau.
• Cú pháp sử dụng tự nhiên hơn: s = Singleton().

Phiên bản 4: eager loading với metaclass

Key idea 5: Tạo instance ngay khi class được load

class EagerSingletonMeta(type):
    _instances = {}

    def __init__(cls, *args, **kwargs):
        super().__init__(*args, **kwargs)
        cls._instances[cls] = super().__call__()  # Tạo ngay khi load

    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        return cls._instances[cls]  # Chỉ trả về instance đã tồn tại

class EagerSingleton(metaclass=EagerSingletonMeta):
    pass

Khi Python load class EagerSingleton, __init__ của Metaclass được gọi ngay — instance được tạo trước khi bất kỳ code nào chạy.

get_instance() vs constructor

Key idea 6: Khi nào nên dùng get_instance()?

Dùng get_instance() mang lại lợi ích:

• Nhất quán — tên method đồng nhất dù đổi tên class.
• Linh hoạt — dễ mở rộng initialization logic.
• Gợi ý thiết kế — khi thấy get_instance(), developer ngay lập tức biết đây là Singleton.