python设计模式：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。

实现单例模式的几种方式

在Python中，我们可以用多种方法来实现单例模式

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：

class Singleton(object):
    def foo(self):
        pass

singleton = Singleton()

将上面的代码保存在文件mysingleton.py中，要使用时，直接在其他文件中导入此文件中的对象，这个对象即是单例模式的对象。

from mysingleton import singleton

2、使用装饰器

def Singleton(cls):
    _instance = {}

    def _singleton(*args, **kargs):
        if cls not in _instance:
            _instance[cls] = cls(*args, **kargs)
        return _instance[cls]

    return _singleton

@Singleton
class A(object):
    a = 1

    def __init__(self, x=0):
        self.x = x

a1 = A(2)
a2 = A(3)

3、使用类

import time
import threading

class Singleton(object):
    _instance_lock = threading.Lock()

    def __init__(self):
        time.sleep(1)

    @classmethod
    def instance(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(Singleton, "_instance"):
            with Singleton._instance_lock:
                if not hasattr(Singleton, "_instance"):
                    Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs)
        return Singleton._instance

def task(arg):
    obj = Singleton.instance()
    print(obj)

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task,args=[i,])
    t.start()

time.sleep(20)
# 实例化必须通过obj = Singleton.instance()
# 如果用obj=Singleton() ,这种方式得到的不是单例
obj = Singleton.instance()
print(obj)

4、基于__new__方法实现（推荐使用，方便）

当我们实例化一个对象时是先执行了类的__new__方法（我们没写时默认调用object.__new__）实例化对象，然后再执行类的__init__方法对这个对象进行初始化，所以我们可以基于这个实现单例模式。

import threading

class Singleton(object):
    _instance_lock = threading.Lock()

    def __init__(self):
        pass


    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(Singleton, "_instance"):
            with Singleton._instance_lock:
                if not hasattr(Singleton, "_instance"):
                    Singleton._instance = object.__new__(cls)  
        return Singleton._instance

obj1 = Singleton()
obj2 = Singleton()
print(obj1,obj2)

def task(arg):
    obj = Singleton()
    print(obj)

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=task, args=[i,])
    t.start()

5、基于元类方式实现

import threading

class SingletonType(type):
    _instance_lock = threading.Lock()
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(cls, "_instance"):
            with SingletonType._instance_lock:
                if not hasattr(cls, "_instance"):
                    cls._instance = super(SingletonType,cls).__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instance

class Foo(metaclass=SingletonType):
    def __init__(self,name):
        self.name = name

obj1 = Foo('name')
obj2 = Foo('name')
print(obj1,obj2)