[Python知识库]python设计模式之单例模式

单例模式

概念

单例模式：“保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的在这里插入代码片全局访问点。
单例模式会阻止其他对象实例化其自己的单例对象的副本，从而确保所有对象都访问唯一实例。

单例模式应用的场景一般发现在以下条件下：
（1）资源共享的情况下，避免由于资源操作时导致的性能或损耗等。如上述中的日志文件，应用配置。
（2）控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。如线程池等。

单例模式使用场景

 - Web应用的配置对象的读取
 - Windows的Task Manager（任务管理器）
 - 网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步
 - 应用程序的日志应用，一般都何用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加
 - 数据库连接池的设计一般也是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源
 - 多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式，这是由于线程池要方便对池中的线程进行控制。
 - 

python实现单例模式

• 函数装饰器实现单例

def singleton(class_):
	instances = {)
	def get_instance(*args, **kwargs):
		if class_ not in instances:
			instances[class_] = class_(*argx, **kwargs)
		return instances[class_]
	reyurn get_instance
	
@singleton
class Cls(object):
    def __init__(self):
        pass

cls1 = Cls()
cls2 = Cls()
print(id(cls1) == id(cls2))

输出结果：

True

instances = {)

使用不可变的类地址作为键，其实例作为值，每次创造实例时，首先查看该类是否存在实例，存在的话直接返回该实例即可，否则新建一个实例并存放在字典中。

• 使用模块 （常用）实现单例

作为python的模块是天然的单例模式

# mysingleton.py
class My_Singleton(object):
    def foo(self):
        pass
 
my_singleton = My_Singleton()
 
# to use
from mysingleton import my_singleton
 
my_singleton.foo()

• 基于__new__实现的单例模式（最常用）

类(class)通过方法 new 创造了实例(instance)

class Single(object):
    _instance = None
    def __new__(cls, *args, **kw):
        if cls._instance is None:
            orig = super(Single, cls)
            cls._instance = orig.__new__(cls, *args, **kw)
        return cls._instance
    def __init__(self):
        pass

single1 = Single()
single2 = Single()
print(id(single1) == id(single2))

如果 _instance 为 None，则新建实例，否则直接返回 _instance 存放的实例。

• 使用 metaclass 实现单例模式

元类(metaclass) 可以通过方法 metaclass 创造了类(class)

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]

class Cls4(metaclass=Singleton):
    pass

cls1 = Cls4()
cls2 = Cls4()
print(id(cls1) == id(cls2))

我们将 metaclass 指向 Singleton 类，让 Singleton 中的 type 来创造新的 Cls4 实例

web应用配置文件单例实现

def singleton(class_):
    instances = {}

    def getinstance(*args, **kwargs):
        if class_ not in instances:
            instances[class_] = class_(*args, **kwargs)
        return instances[class_]

    return getinstance

@singleton
class Config(dict):
    """
    配置文件类  单例模式
    """

    def __init__(self):
        self.__can_import = True
        self.__init_default()
        dict.__init__(self)

    def __init_default(self):
        self['debug'] = False
        self['autoreload'] = True

    @property
    def can_import(self):
        return self.__can_import

    def import_dict(self, **kwargs):
        if self.__can_import:
            for k, v in kwargs.items():
                self[k] = v
            self.__can_import = False
        else:
            raise Exception('ConfigImportError')

    def clear(self):
        self.__can_import = True
        dict.clear(self)
        self.__init_default()