python单例模式

一. 什么是单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，该模式的主要目的是确保某一个类只有一个实例存在。当你希望在整个系统中，某个类只能出现一个实例时，单例对象就能派上用场。

比如，某个服务器程序的配置信息存放在一个文件中，客户端通过一个 AppConfig 的类来读取配置文件的信息。如果在程序运行期间，有很多地方都需要使用配置文件的内容，也就是说，很多地方都需要创建 AppConfig 对象的实例，这就导致系统中存在多个 AppConfig 的实例对象，而这样会严重浪费内存资源，尤其是在配置文件内容很多的情况下。事实上，类似 AppConfig 这样的类，我们希望在程序运行期间只存在一个实例对象。

二. 如何实现单例模式

在 Python 中，我们可以用多种方法来实现单例模式：
使用模块
使用 new
使用装饰器（decorator）
使用元类（metaclass)

2.1 使用模块

其实，Python 的模块就是天然的单例模式，因为模块在第一次导入时，会生成 .pyc 文件，当第二次导入时，就会直接加载 .pyc 文件，而不会再次执行模块代码。因此，我们只需把相关的函数和数据定义在一个模块中，就可以获得一个单例对象了。如果我们真的想要一个单例类，可以考虑这样做:

# mysingleton.py
class My_Singleton(object):
    def foo(self):
        pass
        
my_singleton = My_Singleton()

将上面的代码保存在文件 mysingleton.py 中，然后这样使用:

1 2	from mysingleton import my_singleton my_singleton.foo()

2.2 使用new

new()在init()之前被调用，用于生成实例对象。利用这个方法和类的属性的特点可以实现设计模式的单例模式。

class Singeton(object):
    """
    单例模式
    """

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            # orig = super(Singeton, cls)
            cls._instance = super(Singeton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance


class MyCLass(Singeton):
    a = 1

one = MyCLass()
two = MyCLass()
print(one is two)
print(one == two)
print(id(one), id(two))

"""
输出:
True
True
4436793720 4436793720
"""

在上面的代码中，我们将类的实例和一个类变量 _instance 关联起来，如果 cls._instance 为 None 则创建实例，否则直接返回 cls._instance

2.3 共享属性

创建实例时把所有实例的dict指向同一个字典,这样它们具有相同的属性和方法.

class Borg(object):
    _state = {}
    def __new__(cls, *args, **kw):
        ob = super(Borg, cls).__new__(cls, *args, **kw)
        ob.__dict__ = cls._state
        return ob

class MyClass2(Borg):
    a = 1
    
# 没明白该方式如何实现单例

2.4 装饰器方式

我们知道，装饰器（decorator）可以动态地修改一个类或函数的功能。这里，我们也可以使用装饰器来装饰某个类，使其只能生成一个实例，代码如下:

from functools import wraps

def singleton(cls):
    instances = {}

    @wraps(cls)
    def getinstance(*args, **kw):
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kw)
        return instances[cls]

    return getinstance


@singleton
class MyClass(object):
    a = 1

one = MyClass()
two = MyClass()
print(one is two)
print(one == two)
print(id(one), id(two))

"""
True
True
4492352536 4492352536
"""

在上面，我们定义了一个装饰器singleton，它返回了一个内部函数 getinstance，该函数会判断某个类是否在字典 instances 中，如果不存在，则会将 cls 作为 key，cls(*args, **kw)作为 value存到instances中,否则,直接返回 instances[cls]。

2.5 使用metaclass

元类（metaclass）可以控制类的创建过程，它主要做三件事：

拦截类的创建
修改类的定义

返回修改后的类
使用元类实现单例模式的代码如下:

class Singleton(type):
    _instances = {}

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

# Python2
class MyClass(object):
    __metaclass__ = Singleton


# Python3
class MyClass(metaclass=Singleton):
    pass