Python设计模式之单例模式

单例模式

单例模式需要注意的地方在于

• 如何保证创建的实例是唯一的
• 如何保证多线程情况下的访问
• 清晰明了

目前有这么几种方法：

1. module
2. metaclass
3. __new__
4. decorator

module

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：

1. 首先在一个py文件中定义这么一个单例类：

   class Singleton(object):
       def __init__(self):
           self._val = 10
       @property
       def val(self):
           return self._val
       @val.setter
       def val(self, val):
           self._val = val
   singleton = Singleton()
   

2. 然后再在其它的文件中import

   from Singleton import singleton
   assert singleton.val == 10
   singleton.val = 20
   assert singleton.val == 20
   

但是这个有个缺点，就是程序一开始的时候就进行了创建，造成不必要的浪费，最好是在使用的时候才进行创建，还有另外一个缺点在于，如果有人不遵守规定使用已经创建好的实例，而是自己创建则无法实现单例。

metaclass

这正是元类可以做的事情－通过声明一个元类，我们告诉Python把类对象的创建路由到我们提供的另一个类，从而达到拦截类的创建的目的。用户唯一需要做的是，它们需要声明元类，每个这么做的都会自动获取到元类所提供的扩展。

class Singleton(type):
    def __init__(cls, what, bases, dict):
        super().__init__(what, bases, dict)
        cls._instance = None
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = super().__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instance
class MyClass(metaclass=Singleton):
    pass
class1 = MyClass()
class2 = MyClass()
assert class1 == class2

__new__

如果在子类中如果没有重载__new__方法，那么子类则会顺着继承关系，找到父类中的__new__，但是如果子类已经重载了，而且没有显式的调用父类的方法，那么就相当于再次进行重载，就不会再去调用父类的__new__方法，需要注意！

class Singleton(object):
    _instance = None
    def __new__(cls, *args, **kw):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kw)
        return cls._instance
class MyClass(Singleton):
    pass
class1 = MyClass()
class2 = MyClass()
assert id(class1) == id(class2)

装饰器

在装饰器中，我们通过拦截它的__new__实现，判断它是否存在于该类的__dict__字典中，如果存在则返回，不存在则创建该类并且存放于__dict__中，并且进行相应的初始化。

def singleton(cls, *args, **kw):
    instances = {}
    def getinstance():
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kw)
        return instances[cls]
    return getinstance
@singleton
class myclass:
    pass
class1 = myclass()
class2 = myclass()
assert class1 == class2