一.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。

二 .实现单例模式的几种方式

2.1 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 Singleton(object):

def foo(self):

pass

singleton = Singleton()

将上面的代码保存在文件 mysingleton.py 中，要使用时，直接在其他文件中导入此文件中的对象，这个对象即是单例模式的对象

from a import singleton

2.2 使用装饰器

defSingleton(cls):

_instance={}def _singleton(*args, **kargs):if cls not in_instance:

_instance[cls]= cls(*args, **kargs)return_instance[cls]return_singleton

@SingletonclassA(object):

a= 1

def __init__(self, x=0):

self.x=x

a1= A(2)

a2= A(3)

2.3 使用类

# 推荐

class Singleton(object):

__instance = None

def __new__(cls, age, name):

# 如果类属性__instance的值为None，

# 那么就创建一个对象，并且赋值为这个对象的引用，保证下次调用这个方法时

# 能够知道之前已经创建过对象了，这样就保证了只有1个对象

if not cls.__instance:

cls.__instance = object.__new__(cls)

a = Singleton(18,'maomao')

b = Singleton(18,'alex')

print(id(a), id(b))

# 140732902316160 140732902316160

或者：

class Singleton(object):

def __init__(self):

pass

@classmethod

def instance(cls, *args, **kwargs):

if not hasattr(Singleton, "_instance"):

Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs)

return Singleton._instance

a = Singleton.instance()

b = Singleton.instance()

print(id(a), id(b))

注意：

这种方式实现的单例模式，使用时会有限制，以后实例化必须通过 obj = Singleton.instance()

如果用 obj=Singleton() ,这种方式得到的不是单例

注意：一般情况，大家以为这样就完成了单例模式，但是这样当使用多线程时会存在问题

importtimeimportthreadingclassSingleton(object):def __init__(self):

time.sleep(0.2)

@classmethoddef instance(cls, *args, **kwargs):if not hasattr(Singleton, "_instance"):

Singleton._instance= Singleton(*args, **kwargs)returnSingleton._instancedeftask(arg):

obj=Singleton.instance()print(obj)for i in range(10):

t= threading.Thread(target=task,args=[i,])

t.start()

打印结果：

问题出现了！按照以上方式创建的单例，无法支持多线程

importtimeimportthreadingclassSingleton(object):

_instance_lock=threading.Lock()def __init__(self):

time.sleep(0.2)

@classmethoddef instance(cls, *args, **kwargs):

with Singleton._instance_lock:if not hasattr(Singleton, "_instance"):

Singleton._instance= Singleton(*args, **kwargs)returnSingleton._instancedeftask(arg):

obj=Singleton.instance()print(obj)for i in range(10):

t= threading.Thread(target=task,args=[i,])

t.start()

打印结果：

这样就差不多了，但是还是有一点小问题，就是当程序执行时，执行了time.sleep(20)后，下面实例化对象时，此时已经是单例模式了，但我们还是加了锁，这样不太好，

再进行一些优化，把intance方法，改成下面的这样就行：

importtimeimportthreadingclassSingleton(object):

_instance_lock=threading.Lock()def __init__(self):

time.sleep(1)

@classmethoddef instance(cls, *args, **kwargs):if not hasattr(Singleton, "_instance"):

with Singleton._instance_lock:if not hasattr(Singleton, "_instance"):

Singleton._instance= Singleton(*args, **kwargs)returnSingleton._instancedeftask(arg):

obj=Singleton.instance()print(obj)for i in range(10):

t= threading.Thread(target=task,args=[i,])

t.start()

2.4 基于__new__方法实现(推荐)

通过上面例子，我们可以知道，当我们实现单例时，为了保证线程安全需要在内部加入锁

我们知道，当我们实例化一个对象时，是先执行了类的__new__方法(我们没写时，默认调用object.__new__)，实例化对象；然后再执行类的__init__方法，对这个对象进行初始化，所有我们可以基于这个，实现单例模式

importthreadingimporttimeclassSingleton(object):

_instance_lock=threading.Lock()def __init__(self):

time.sleep(1)def __new__(cls, *args, **kwargs):if not hasattr(Singleton, "_instance"):

with Singleton._instance_lock:if not hasattr(Singleton, "_instance"):

Singleton._instance= object.__new__(cls)returnSingleton._instancedeftask(arg):

obj=Singleton()print(obj)for i in range(10):

t= threading.Thread(target=task,args=[i,])

t.start()

2.5 基于metaclass实现单例模式

相关知识：

执行顺序：

0. Mytype的__init__

obj = Foo()

1. MyType的__call__

2. Foo的__new__

3. Foo的__init__

实现单例模式：

importthreadingclassSingletonType(type):

_instance_lock=threading.Lock()def __call__(cls, *args, **kwargs):if not hasattr(cls, "_instance"):

with SingletonType._instance_lock:if not hasattr(cls, "_instance"):

cls._instance= super(SingletonType,cls).__call__(*args, **kwargs)returncls._instanceclass Foo(metaclass=SingletonType):def __init__(self,name):

self.name=name

obj1= Foo('name')

obj2= Foo('name')print(obj1,obj2)