1-Python與設計模式--單例模式

一、總線

總線是計算機各種功能部件或者設備之間傳送數據、控制信號等信息的公共通信解決方案之一。現假設有如下場景：某中央處理器（CPU）通過某種協議總線與一個信號燈相連，信號燈有64種顏色可以設置，中央處理器上運行着三個線程，都可以對這個信號燈進行控制，並且可以獨立設置該信號燈的顏色。抽象掉協議細節（用打印表示），如何實現線程對信號等的控制邏輯。
加線程鎖進行控制，無疑是最先想到的方法，但各個線程對鎖的控制，無疑加大了模塊之間的耦合。下面，我們就用設計模式中的單例模式，來解決這個問題。
什么是單例模式？單例模式是指：保證一個類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點。具體到此例中，總線對象，就是一個單例，它僅有一個實例，各個線程對總線的訪問只有一個全局訪問點，即惟一的實例。

Python代碼如下：

#encoding=utf8
import threading
import time
#這里使用方法__new__來實現單例模式
class Singleton(object):#抽象單例
    def __new__(cls, *args, **kw):
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            orig = super(Singleton, cls)
            cls._instance = orig.__new__(cls, *args, **kw)
        return cls._instance
#總線
class Bus(Singleton):
    lock = threading.RLock()
    def sendData(self,data):
        self.lock.acquire()
        time.sleep(3)
        print "Sending Signal Data...",data
        self.lock.release()
#線程對象，為更加說明單例的含義，這里將Bus對象實例化寫在了run里
class VisitEntity(threading.Thread):
    my_bus=""
    name=""
    def getName(self):
        return self.name
    def setName(self, name):
        self.name=name
    def run(self):
        self.my_bus=Bus()
        self.my_bus.sendData(self.name)

if  __name__=="__main__":
    for i in range(3):
        print "Entity %d begin to run..."%i
        my_entity=VisitEntity()
        my_entity.setName("Entity_"+str(i))
        my_entity.start()

 

運行結果如下：
Entity 0 begin to run...
Entity 1 begin to run...
Entity 2 begin to run...
Sending Signal Data... Entity_0
Sending Signal Data... Entity_1
Sending Signal Data... Entity_2
在程序運行過程中，三個線程同時運行（運行結果的前三行先很快打印出來），而后分別占用總線資源（后三行每隔3秒打印一行）。雖然看上去總線Bus被實例化了三次，但實際上在內存里只有一個實例。

二、單例模式

單例模式是所有設計模式中比較簡單的一類，其定義如下：Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.（保證某一個類只有一個實例，而且在全局只有一個訪問點）

三、單例模式的優點和應用

單例模式的優點

1、由於單例模式要求在全局內只有一個實例，因而可以節省比較多的內存空間；
2、全局只有一個接入點，可以更好地進行數據同步控制，避免多重占用；
3、單例可長駐內存，減少系統開銷。

單例模式的應用舉例

1、生成全局惟一的序列號；
2、訪問全局復用的惟一資源，如磁盤、總線等；
3、單個對象占用的資源過多，如數據庫等；
4、系統全局統一管理，如Windows下的Task Manager；
5、網站計數器。

四、單例模式的缺點

1、單例模式的擴展是比較困難的；
2、賦於了單例以太多的職責，某種程度上違反單一職責原則（六大原則后面會講到）;
3、單例模式是並發協作軟件模塊中需要最先完成的，因而其不利於測試；
4、單例模式在某種情況下會導致“資源瓶頸”。