Python 中的單例模式
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單例模式
單例模式（Singleton Pattern）是一種常用的軟體設計模式，該模式的主要目的是確保某一個類只有一個實例存在。當你希望在整個系統中，某個類只能出現一個實例時，單例對象就能派上用場。
比如，某個伺服器程序的配置信息存放在一個文件中，客戶端通過一個 AppConfig 的類來讀取配置文件的信息。如果在程序運行期間，有很多地方都需要使用配置文件的內容，也就是說，很多地方都需要創建 AppConfig 對象的實例，這就導致系統中存在多個 AppConfig 的實例對象，而這樣會嚴重浪費內存資源，尤其是在配置文件內容很多的情況下。事實上，類似 AppConfig 這樣的類，我們希望在程序運行期間只存在一個實例對象。
在 Python 中，我們可以用多種方法來實現單例模式：
使用模塊
使用 __new__
使用裝飾器（decorator）
使用元類（metaclass）
使用模塊
其實，
Python 的模塊就是天然的單例模式
，因為模塊在第一次導入時，會生成 .pyc 文件，當第二次導入時，就會直接載入 .pyc 文件，而不會再次執行模塊代碼。因此，我們只需把相關的函數和數據定義在一個模塊中，就可以獲得一個單例對象了。如果我們真的想要一個單例類，可以考慮這樣做：
# mysingleton.py
class
My_Singleton
(
object
)
:
def foo
(
self
)
:
pass
my_singleton
=
My_Singleton
()
將上面的代碼保存在文件 mysingleton.py 中，然後這樣使用：
from mysingleton import my_singleton
my_singleton
.
foo
()
使用 __new__
為了使類只能出現一個實例，我們可以使用 __new__ 來控制實例的創建過程，代碼如下：
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
)
:
a
=
1
在上面的代碼中，我們將類的實例和一個類變數 _instance 關聯起來，如果 cls._instance 為 None 則創建實例，否則直接返回 cls._instance。
執行情況如下：
>>>
one
=
MyClass
()
>>>
two
=
MyClass
()
>>>
one
==
two
True
>>>
one
is
two
True
>>>
id
(
one
),
id
(
two
)
(
4303862608
,
4303862608
)
使用裝飾器
我們知道，裝飾器（decorator）可以動態地修改一個類或函數的功能。這裡，我們也可以使用裝飾器來裝飾某個類，使其只能生成一個實例，代碼如下：
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
在上面，我們定義了一個裝飾器 singleton，它返回了一個內部函數 getinstance，該函數會判斷某個類是否在字典 instances 中，如果不存在，則會將 cls 作為 key，cls(*args, **kw) 作為 value 存到 instances 中，否則，直接返回 instances[cls]。
使用 metaclass
元類（metaclass）可以控制類的創建過程，它主要做三件事：
攔截類的創建
修改類的定義
返回修改後的類
用元類實現單例模式的代碼如下：
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
小結
Python 的模塊是天然的單例模式，這在大部分情況下應該是夠用的，當然，我們也可以使用裝飾器、元類等方法
來源：funhacks
segmentfault.com/a/1190000008141049
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