单例设计模式：单例模式提供这样一个机制，确保类有且只有一个特定类型的对象，并提供全局访问点。一般单例模式使用时，需要注意以下几点：
- 确保该类有且只有一个对象被创建。
- 需要为该对象提供一个全局访问点，以便程序可以全局访问该对象（必须保证这个访问点返回的都是同一个对象）。
- 需要注意控制共享资源的访问。
单例模式优点：如果在程序中某个对象只需要创建一次，就可以考虑使用单例模式，比如日志操作，数据库操作等，这种对象创建多个就会非常浪费资源，也不能很好的实现这些操作的同步，所以单例模式是一个非常不错的选择。
单例模式缺点：它的缺点也很明显，因为单例是全局变量，所以使用时它可能在某个地方已经被修改了，但是开发人员可能并不知道。而且所有使用到这个单例的类，会因为这个单例成为紧密耦合的关系，从而某个类的改变可能会影响到其他的类。
实现方式：一般有两种方式，一种是使用元类metaclass控制类实例化时的对象，另一种是使用类的__new__方法控制类返回的对象。（关于元类，这里有篇博客讲得很详细：https://www.cnblogs.com/tkqasn/p/6524879.html）
元类实现单例模式（Python3.6）：
1 class Singleton(type): 2 def __init__(cls, *args, **kwargs): 3 cls.__instance = None 4 super().__init__(*args, **kwargs) 5 6 def __call__(cls, *args, **kwargs): 7 if cls.__instance is None: 8 cls.__instance = super().__call__(*args, **kwargs) 9 10 return cls.__instance 11 12 13 class MySingleton(metaclass=Singleton): 14 def __init__(self, val): 15 self.val = val 16 print(self.val) 17 18 19 hello = MySingleton('hello') 20 hi = MySingleton('hi') 21 print(hello is hi) 22 23 ----------输出结果---------- 24 hello 25 True
- metaclass：Python3中metaclass是通过指定metaclass实现的，Python2中是通过指定类变量__metaclass__来实现的，但原理都是一样的。
- type：Python中所有的类都是type类的实例，即一个类（还未实例化）的定义，其实就是type类（Python内建元类）的实例。如下的打印可以更加直观的理解这一点：
>>> int.__class__ <class 'type'> >>> num = 3 >>> num.__class__ <class 'int'> >>> num.__class__.__class__ <class 'type'> >>> >>> >>> class A: pass >>> A.__class__ <class 'type'> >>> a = A() >>> a.__class__ <class '__main__.A'> >>> a.__class__.__class__ <class 'type'> >>>
- __call__：当调用一个实例时，即执行实例加括号的形式，就会调用该实例的__call__方法，如果没有定义（需要自己定义），则会报错。例如a=A()，a()就会调用a的__call__方法。
- 代码执行流程：第一步执行MySingleton时（即没加括号的部分），进行元类的实例化，即MySingleton=Singleton()，Singleton的实例化和普通类一样会先执行__new__返回该类的实例，然后自动执行该实例的__init__方法进行初始化，此示例中的初始化方法给该实例赋予了一个值为None的__instance变量；第二步执行MySingleton('hello')时，进行类的实例化，即MySingleton('hello')=Singleton()('hello')，这里就会调用到Singleton的__call__方法了，而super().__call__即调用type的__call__方法，这时候就和普通类实例化一样会调用MySingleton的__new__和__init__方法了。
- 原理：由于每次实例化MySingleton时都会先调用metaclass中的__call__方法，所以只有第一次实例化时才会执行MySingleton的__new__和__init__，后面的实例化都只会返回第一次实例化好的实例，所以导致的结果就是无论进行多少次实例化，都给你返回同一个实例，当然就只有单例了（所以“输出结果”中就没有打印“hi”了） 。
- cls和self：Singleton的编写，在eclipse中提示需要写成self，在PyCharm中提示需要写成cls，因为参数self是约定代表实例本身，但在这里type的实例就是类，所以推荐写成cls。
__new__实现单例模式（Python3.6）：
1 class MySingleton: 2 def __init__(self, val): 3 self.val = val
4 print(self.val)
5 print(self.__dict__) 6 7 def __new__(cls, *args, **kwargs): 8 if not hasattr(cls, '_instance'): 9 cls._instance = super().__new__(cls) 10 11 return cls._instance 12 13 14 hello = MySingleton('hello') 15 hi = MySingleton('hi') 16 print(hello is hi) 17 18 19 -----------输出结果-------------- 20 hello
21 {'val': 'hello'}
22 hi
23 {'val': 'hi'}
24 True
- 原理：通过给类定义一个类变量，指向本类的一个实例，每次实例化调用__new__的时候都返回这个类变量，可以看到数据结果打印的是True，所以自然就是单例了。
- 注意：每次实例化虽然都是同一个实例，但是每次实例化都会调用一次__init__方法，导致这个实例会随着每次初始化而改变，所以这种方式来实现单例就看情况和自己的需求来使用了。
- hasattr：类中的私有变量，即加了双下划线的变量，在__dict__中会加上一个“_classname”前缀，所以如果这里使用__instance的话，hasattr(cls, '__instance')会一直返回False，因为这里已经不是__instance了，而是_MySingleton__instance。