Python 中的單例模式
單例模式
單例模式（Singleton Pattern）是一種常用的軟件設計模式，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，某個服務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：
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使用模塊
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使用 __new__
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使用裝飾器（decorator）
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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，就會直接加載 .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()</code></pre>
將上面的代碼保存在文件 mysingleton.py 中，然后這樣使用：
from mysingleton import my_singleton
my_singleton.foo()</code></pre>
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</code></pre>
在上面的代碼中，我們將類的實例和一個類變量 _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。這里，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</code></pre>
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：
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攔截類的創建
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修改類的定義
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返回修改后的類
使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</code></pre>
小結
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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
參考資料
來自：https://segmentfault.com/a/1190000008141049