python 中的單利模式

使用場景：
+ Python的logger就是一個單例模式，用以日誌記錄
+ Windows的資源管理器是一個單例模式
+ 執行緒池，資料庫連線池等資源池一般也用單例模式
+ 網站計數器

從這些使用場景我們可以總結下什麼情況下需要單例模式：

   1. 當每個例項都會佔用資源，而且例項初始化會影響效能，這個時候就可以考慮使用單例模式，它給我們帶來的好處是隻有一個例項佔用資源，並且只需初始化一次；
   2. 當有同步需要的時候，可以通過一個例項來進行同步控制，比如對某個共享檔案（如日誌檔案）的控制，對計數器的同步控制等，這種情況下由於只有一個例項，所以不用擔心同步問題。
 

1. __new__方法實現

    class Singleton(object):
        __instance = None
        def __new__(cls, *args, **kwargs):
            if cls.__instance is None:
                cls.__instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
                # 可以在這裡給實力物件繫結一些固有屬性
                # cls.__instance.appkey = ""
            return cls.__instance
 

• 1.1

    class Singleton(object):
        def __new__(cls, *args, **kwargs):
            # 判斷是否存在類屬性_instance，_instance是類CCP的唯一物件，即單例
            if not hasattr(Singleton, "__instance"):
                cls.__instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
                # cls.__instance = object.__new__(cls)
                return cls.__instance
 

但是以上的方法在多執行緒中會有執行緒安全問題，當有多個執行緒同時去初始化物件時，就很可能同時判斷__instance is None，從而進入初始化instance的程式碼中(如果有__init__方法)。所以需要用互斥鎖來解決這個問題。

1. 實現執行緒安全的單例模式

    import threading
    try:
        from synchronize import make_synchronized
    except ImportError:
        def make_synchronized(func):
            import threading
            func.__lock__ = threading.Lock()

            # 用裝飾器實現同步鎖
            def synced_func(*args, **kwargs):
                with func.__lock__:
                    return func(*args, **kwargs)

            return synced_func


    class Singleton(object):
        __instance = None

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

        def __init__(self):
            self.blog = "blog"

    # -------------
    def worker():
        e = Singleton()
        print(id(e))


    def meta():
        e1 = Singleton()
        e2 = Singleton()
        e1.blog = 123
        print(e1.blog)
        print(e2.blog)
        print(id(e1))
        print(id(e2))


    if __name__ == "__main__":
        meta()
        tasks = [threading.Thread(target=worker) for _ in range(20)]
        for task in tasks:
            task.start()
            task.join()

1. 使用裝飾器來獲取單例物件

    # 裝飾器（decorator）可以動態地修改一個類或函式的功能
    import functools
    def singleton(cls):
        __instance = {}
        @functools.wraps(cls)
        def getinstance(*args, **kwargs):
            if cls not in __instance:
                __instance[cls] = cls(*args, **kwargs)
            return __instance[cls]
        return getinstance

    @singleton
    class MyClass(object):
        a = 1 

我們定義了一個裝飾器 singleton，它返回了一個內部函式 getinstance，該函式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]。

1. 使用metaclass元類建立單例
   元類（metaclass）可以控制類的建立過程，它主要做三件事：
   • 攔截類的建立
   • 修改類的定義
   • 返回修改後的類

    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寫法
    # class MyClass(object):
    #     __metaclass__ = Singleton()

    # python3寫法
    class MyClass(metaclass=Singleton):
        def __init__(self):
            self.blog = "blog"

參考：
Python 中的單例模式
設計模式(Python)-單例模