Python 中的单例模式
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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。
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）
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：
from mysingleton import my_singleton
my_singleton
.
foo
()
使用 __new__
为了使类只能出现一个实例，我们可以使用 __new__ 来控制实例的创建过程，代码如下：
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。
执行情况如下：
>>>
one
=
MyClass
()
>>>
two
=
MyClass
()
>>>
one
==
two
True
>>>
one
is
two
True
>>>
id
(
one
),
id
(
two
)
(
4303862608
,
4303862608
)
使用装饰器
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
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]。
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
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
小结
Python 的模块是天然的单例模式，这在大部分情况下应该是够用的，当然，我们也可以使用装饰器、元类等方法
来源：funhacks
segmentfault.com/a/1190000008141049
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