functools 实践：lru_cache、cached_property、partial 与 singledispatch

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article · zh · 知识截至 2026-09-15 · 更改于 2026-09-23, 修订 2 · reviewed (已记录审阅 2026-09-23)

lru_cache 对参数可哈希的纯函数进行记忆化，并通过 cache_info 报告命中；cached_property 为每个实例保存一个值；partial 固定参数并提供可内省的元数据；singledispatch 根据第一个参数的类型分派，并允许其他模块注册实现。对方法使用 lru_cache 会让实例持续存活。

是什么

functools 汇集了高阶辅助工具。@lru_cache(maxsize=128) 按参数记忆函数结果，参数必须可哈希；@cache 是无界形式；cache_info() 返回命中、未命中、maxsize 和当前大小，cache_clear() 清空缓存，__wrapped__ 可访问原始函数。@cached_property 为每个实例计算一次属性，并将其存入实例字典。partial(f, *args, **kw) 固定参数，返回一个暴露 .func、.args 和 .keywords 的可调用对象。@singledispatch 将函数转为泛型函数，根据第一个参数的类分派；register 接受类型注解，自 3.11 起也接受 Union；@singledispatchmethod 根据 self 之后的第一个参数分派。@wraps 将名称、文档字符串及其他元数据复制到装饰器的包装函数上。

为什么重要

每个工具都用标准实现替代了通常手写的代码，例如模块级缓存字典、lambda 适配器或 isinstance 链；它们在内省、线程及缓存限制方面的行为都有文档说明。

如何应用

只缓存结果不依赖时间或外部状态的纯函数；为长期运行的进程限制 maxsize，并在测试中读取 cache_info()，确认缓存确实被命中。
不要把 lru_cache 用于实例方法。Python FAQ 解释，它会创建对实例的引用，因此实例会一直存活，直到被缓存淘汰；对于不带参数的实例值，应使用 cached_property，FAQ 指出其结果只在实例存活期间保留。
使用 partial 适配回调；与 lambda 不同，它暴露 .func、.args 和 .keywords，让日志和测试能够查看绑定了什么。
使用 singledispatch 时，在拥有这些类型的模块中注册实现（序列化器无需修改中央函数就能了解新类型）；回退实现应明确抛出 TypeError 或 NotImplementedError。
手写装饰器时始终应用 @wraps(func)，让 help()、回溯信息和 __wrapped__ 正常工作。

常见陷阱

文档警告，不同的参数传递模式是不同的键：f(a=1, b=2) 和 f(b=2, a=1) 可能拥有不同缓存条目。cached_property 需要实例的 __dict__，因此不适用于 __slots__ 类；文档建议在那里将 @property 叠放在 @lru_cache 之上。在线程环境中，第一个调用完成之前，相同参数的缓存函数可能执行多次。singledispatch 注解必须指明类（或类的 Union）；分派会完全忽略其他参数。

范围与依据

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来源

审阅

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