Python 中的单例模式
1.什么是单例模式
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。单例模式能控制一个类只能产生一个对象。
2.为什么需要单例模式
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当每个实例都会占用资源，而且实例初始化会影响性能，这个时候就可以考虑使用单例模式，它给我们带来的好处是只有一个实例占用资源，并且只需初始化一次；
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当有同步需要的时候，可以通过一个实例来进行同步控制，比如对某个共享文件（如日志文件）的控制，对计数器的同步控制等，这种情况下由于只有一个实例，所以不用担心同步问题。
3.单例模式应用场景
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Python的logger就是一个单例模式，用以日志记录
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Windows的资源管理器是一个单例模式
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线程池，数据库连接池等资源池一般也用单例模式
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网站计数器
4.在 Python 中，实现单例模式的四种方式：
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使用模块
- 使用装饰器（decorator）
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使用 __new__
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使用元类
4.1 使用模块
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()
4.2 使用装饰器
装饰器维护一个字典对象instances，缓存了所有单例类，只要单例不存在则创建，已经存在直接返回该实例对象。
我们定义一个装饰器 singleton，它返回了一个内部函数 wrapper，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]。
使用装饰器实现单例模式的代码如下：
def singleton(cls):
instances = {}
def wrapper(*args, **kwargs):
if cls not in instances:
instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
return instances[cls]
return wrapper
@singleton
class Foo(object):
pass
4.3 使用__new__
__new__方法： __new__()方法用于定义创建对象时执行的操作
object类中的__new__()方法完成对象创建过程中的内存空间申请，对象属性初始化等一系列的操作。__new__是真正创建实例对象时用到的方法，所以重写基类的__new__方法，以此来保证创建对象的时候只生成一个实例。
注意事项：
1.__new__()方法创建对象时自动运行。
2.覆盖object类中的__new__方法后创建对象 将执行覆盖后的方法。
注意事项：
__new__()方法仅仅是python开放出来给用户干预创建对象时的一个操作入口，该方法并不是直接完成分配内存、创建对象的操作，创建对象的操作由python底层统一管理。
使用__new__方法实现单例模式的代码如下：
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):
pass
foo1 = MyClass()
foo2 = MyClass()
print(foo1)
print(foo2)
4.4 使用元类
元类是用于创建类对象的类，类对象创建实例对象时一定会调用__call__方法，因此在调用__call__时候保证始终只创建一个实例即可，type是python中的一个元类。
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
使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
foo1 = MyClass()
foo2 = MyClass()
print(foo1)
print(foo2)
