单例模式(Singleton)

一、单例模式

1、相关知识：

内容：保证一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点；其保证了在程序的不同位置都可以且仅可以取到同一个对象实例。

使用场景：当类只能有一个实例而且用户从多个地方访问同一个类的实例。

举个例子来说: 比如你开发一款游戏软件，游戏中需要有"场景管理器"这样一种东西，用来管理游戏场景的切换、资源载入、网络连接等等任务。这个管理器需要有多种方法和属性，在代码中很多地方会被调用，且被调用的必须是同一个管理器，否则既容易产生冲突，也会浪费资源。这种情况下，单例模式就是一个很好的实现方法。

例如：

Python的logger就是一个单例模式，用以日志记录；

Windows的资源管理器是一个单例模式；

线程池，数据库连接池等资源池一般也用单例模式；

网站计数器；

优点：

1、只有一个实例占用资源，并且只需初始化一次；

2、对唯一实例的受控访问；

2、实现方式：

(1)、使用函数装饰器实现单例：

def singleton(cls):
    _instance = {}

    def inner():
        if cls not in _instance:
            _instance[cls] = cls()
        return _instance[cls]
    return inner
    
@singleton
class Cls(object):
    def __init__(self):
        pass

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

输出结果：

True

(2)、使用类装饰器实现单例：

class Singleton(object):
    def __init__(self, cls):
        self._cls = cls
        self._instance = {}
    def __call__(self):
        if self._cls not in self._instance:
            self._instance[self._cls] = self._cls()
        return self._instance[self._cls]

@Singleton
class Cls2(object):
    def __init__(self):
        pass

cls1 = Cls2()
cls2 = Cls2()
print(id(cls1) == id(cls2))

输出结果:

True

(3)、使用 new 关键字实现单例模式：

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

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

输出结果：

True

(4)、使用 metaclass 实现单例模式：

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))

输出结果：

True