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。
單例模式三個要點
- 一是某個類只能有一個實例
- 二是它必須自行創建這個實例
- 三是它必須自行向整個系統提供這個實例
Python 中實現單例模式方法
- 使用模塊
- 使用
__new__ - 使用裝飾器（decorator）
- 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：
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#tests1.py
class MyClass(object):
def foo(self):
print('MyClass.foo')
my_class_obj=MyClass()
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將上面的代碼保存在文件 tests1.py 中，然后這樣使用：
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from .tests1 import my_class_obj
my_class_obj.foo()
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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：
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class MyClass(object):
_instance = None
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if not cls._instance:
cls._instance = super(MyClass, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
return cls._instance
class HerClass(MyClass):
a = 1
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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：
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one = HerClass()
two = HerClass()
print(one == two) #True
print(one is two) #True
print(id(one), id(two)) #42818864 42818864
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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：
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from functools import wraps
def singleton(cls):
instances = {}
@wraps(cls)
def getinstance(*args, **kwargs):
if cls not in instances:
instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
return instances[cls]
return getinstance
@singleton
class MyClass(object):
a = 1
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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：
- 攔截類的創建
- 修改類的定義
- 返回修改后的類
使用元類實現單例模式的代碼如下：
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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
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單例模式優點
實例控制
靈活性
單例模式缺點
開銷
可能的開發混淆
對象生存期
補充：元類(metaclass)