开发设计模式之单例模式

一、单例模式

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供了一个全局访问点来访问该实例。

注意：

• 1、单例类只能有一个实例。
• 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
• 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

二、介绍

意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码：构造函数是私有的。

应用实例：

• 1、一个班级只有一个班主任。
• 2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
• 3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

优点：

• 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。
• 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景：

• 1、要求生产唯一序列号。
• 2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
• 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

三、python中实现单例模式的5种方法

1、方式一：使用模块导入的方式

from p import p1
from p import p1 as p2

print(p1 is p2)

2、方式二：使用装饰器

def singleton(cls):
    instance = None

    def _singleton(*args, **kargs):
        nonlocal instance
        if not instance:
            instance = cls(*args, **kargs)
        return instance

    return _singleton


@singleton  # A=singleton(A)
class A():
    def __init__(self, x=0):
        self.x = x


a1 = A(2)  # 其实执行的是 singleton内部的闭包函数 _singleton()
a2 = A(3)

print(a1 is a2)

3、方式三： 使用类方法

class Singleton(object):
    _instance = None

    def __init__(self):
        pass

    @classmethod
    def instance(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = cls(*args, **kwargs)
        return cls._instance


a1 = Singleton.instance()
a2 = Singleton.instance()

print(a1 is a2)

4、使用 __new__

__new__在__init__先执行

class Singleton(object):
    _instance = None

    def __init__(self):
        pass

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = object.__new__(cls)
        return cls._instance


obj1 = Singleton()
obj2 = Singleton()
print(obj1 is obj2)

#1 类()--->触发类中的__init__--->对象已经创建出来了，不能拦截住，做成单例了

#2 类()--->触发类中的__new__--->真正的创建对象，判断之前有没有创建过，如果创建过，直接返回

#3 元类---》类()--->触发元类的 __call__--->判断之前有没有创建过，如果创建过，直接返回

5、基于metaclass方式实现

通过元类 产生类 这个对象的 类，称之为元类

# 类中的 __call__ 对象() 会触发

class SingletonType(type):
    _instance = None

    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = object.__new__(cls)
            cls._instance.__init__(*args, **kwargs)
        return cls._instance


class Foo(metaclass=SingletonType):
    def __init__(self, name):
        self.name = name


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