python中的单例模式
本文内容纲要：
-单例模式
-使用模块
-使用__new__
-使用装饰器
-使用metaclass
-
-补充：元类(metaclass)
单例模式
**单例模式（SingletonPattern）是一种常用的软件设计模式，该模式的主要目的是确保某一个类只有一个实例存在。**当你希望在整个系统中，某个类只能出现一个实例时，单例对象就能派上用场。
比如，某个服务器程序的配置信息存放在一个文件中，客户端通过一个AppConfig的类来读取配置文件的信息。如果在程序运行期间，有很多地方都需要使用配置文件的内容，也就是说，很多地方都需要创建AppConfig对象的实例，这就导致系统中存在多个AppConfig的实例对象，而这样会严重浪费内存资源，尤其是在配置文件内容很多的情况下。事实上，类似AppConfig这样的类，我们希望在程序运行期间只存在一个实例对象。
单例模式的要点有三个；一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。
在Python中，我们可以用多种方法来实现单例模式：
- 使用模块
- 使用
__new__ - 使用装饰器（decorator）
- 使用元类（metaclass）
使用模块
其实，Python的模块就是天然的单例模式。
因为模块在第一次导入时，会生成.pyc文件，当第二次导入时，就会直接加载.pyc文件，而不会再次执行模块代码。因此，我们只需把相关的函数和数据定义在一个模块中，就可以获得一个单例对象了。
如果我们真的想要一个单例类，可以考虑这样做：
#tests1.py
classMyClass(object):
deffoo(self):
print('MyClass.foo')
my_class_obj=MyClass()
将上面的代码保存在文件tests1.py中，然后这样使用：
from.tests1importmy_class_obj
my_class_obj.foo()
使用__new__
为了使类只能出现一个实例，我们可以使用__new__来控制实例的创建过程，代码如下：
classMyClass(object):
_instance=None
def__new__(cls,*args,**kwargs):
ifnotcls._instance:
cls._instance=super(MyClass,cls).__new__(cls,*args,**kwargs)
returncls._instance
classHerClass(MyClass):
a=1
在上面的代码中，我们将类的实例和一个类变量_instance关联起来，如果cls._instance为None则创建实例，否则直接返回cls._instance。
执行情况如下：
one=HerClass()
two=HerClass()
print(one==two)#True
print(oneistwo)#True
print(id(one),id(two))#4281886442818864
使用装饰器
我们知道，装饰器（decorator）可以动态地修改一个类或函数的功能。这里，我们也可以使用装饰器来装饰某个类，使其只能生成一个实例，代码如下：
fromfunctoolsimportwraps
defsingleton(cls):
instances={}
@wraps(cls)
defgetinstance(*args,**kwargs):
ifclsnotininstances:
instances[cls]=cls(*args,**kwargs)
returninstances[cls]
returngetinstance
@singleton
classMyClass(object):
a=1
在上面，我们定义了一个装饰器singleton，它返回了一个内部函数getinstance，该函数会判断某个类是否在字典instances中，如果不存在，则会将cls作为key，cls(*args,**kw)作为value存到instances中，否则，直接返回instances[cls]。
使用metaclass
元类（metaclass）可以控制类的创建过程，它主要做三件事：
- 拦截类的创建
- 修改类的定义
- 返回修改后的类
使用元类实现单例模式的代码如下：
classSingleton(type):
_instances={}
def__call__(cls,*args,**kwargs):
ifclsnotincls._instances:
cls._instances[cls]=super(Singleton,cls).__call__(*args,**kwargs)
returncls._instances[cls]
#Python2
#classMyClass(object):
#__metaclass__=Singleton
#Python3
classMyClass(metaclass=Singleton):
pass
优点：
一、实例控制
单例模式会阻止其他对象实例化其自己的单例对象的副本，从而确保所有对象都访问唯一实例。
二、灵活性
因为类控制了实例化过程，所以类可以灵活更改实例化过程。
缺点：
一、开销
虽然数量很少，但如果每次对象请求引用时都要检查是否存在类的实例，将仍然需要一些开销。可以通过使用静态初始化解决此问题。
二、可能的开发混淆
使用单例对象（尤其在类库中定义的对象）时，开发人员必须记住自己不能使用new关键字实例化对象。因为可能无法访问库源代码，因此应用程序开发人员可能会意外发现自己无法直接实例化此类。
三、对象生存期
不能解决删除单个对象的问题。在提供内存管理的语言中（例如基于.NETFramework的语言），只有单例类能够导致实例被取消分配，因为它包含对该实例的私有引用。在某些语言中（如C++），其他类可以删除对象实例，但这样会导致单例类中出现悬浮引用。
补充：元类(metaclass)
类也是对象
只要你使用关键字class，Python解释器在执行的时候就会创建一个对象。
下面的代码段：
classMyClass(object):
pass
将在内存中创建一个对象，名字就是MyClass。**这个对象（类）自身拥有创建对象（类实例）的能力，而这就是为什么它是一个类的原因。**但是，它的本质仍然是一个对象，于是乎你可以对它做如下的操作：
-
你可以将它赋值给一个变量
-
你可以拷贝它
-
你可以为它增加属性
-
你可以将它作为函数参数进行传递
classMyClass(object): pass
print(MyClass)#你可以打印一个类，因为它其实也是一个对象
<class'main.MyClass'>
defecho(o): print(o) echo(MyClass)#你可以将类做为参数传给函数
<class'main.MyClass'>
MyClass.new_attribute='foo'#你可以为类增加属性 print(hasattr(MyClass,'new_attribute'))#True print(MyClass.new_attribute)#foo
MyClassMirror=MyClass#你可以将类赋值给一个变量 print(MyClassMirror())
<main.MyClassobjectat0x00000000028CDE10>
动态地创建类
因为类也是对象，你可以在运行时动态的创建它们，就像其他任何对象一样。首先，你可以在函数中创建类，使用class关键字即可。
defchoose_class(name):
ifname=='foo':
classFoo(object):
pass
returnFoo#返回的是类，不是类的实例
else:
classBar(object):
pass
returnBar
MyClass=choose_class('foo')
print(MyClass)#函数返回的是类，不是类的实例
#<class'__main__.choose_class.<locals>.Foo'>
print(MyClass())#你可以通过这个类创建类实例，也就是对象
#<__main__.choose_class.<locals>.Fooobjectat0x00000000021E5CF8>
但这还不够动态。
由于类也是对象，所以它们必须是通过什么东西来生成的才对。
还记得内建函数type吗？这个古老但强大的函数能够让你知道一个对象的类型是什么，就像这样：
print(type(1))#<class'int'>
print(type('1'))#<class'str'>
print(type(MyClass))#<class'type'>
print(type(MyClass()))#<class'__main__.MyClass'>
type也能动态的创建类。
type可以像这样工作：
type(类名,父类的元组（针对继承的情况，可以为空），包含属性的字典（名称和值）)
比如下面的代码：
classMyShinyClass(object):
pass
可以手动像这样创建：
MyShinyClass=type('MyShinyClass',(),{})#返回一个类对象
print(MyShinyClass)
#<class'__main__.MyShinyClass'>
print(MyShinyClass())#创建一个该类的实例
#<__main__.MyShinyClassobjectat0x0000000002737D68>
type接受一个字典来为类定义属性，因此：
classFoo(object):
bar=True
可以翻译为：
Foo=type('Foo',(),{'bar':True})
并且可以将Foo当成一个普通的类一样使用：
classFoo(object):
bar=True
print(Foo)#<class'__main__.Foo'>
print(Foo.bar)#True
f=Foo()
print(f)#<__main__.Fooobjectat0x0000000001F7DE10>
print(f.bar)#True
当然，你可以向这个类继承，所以，如下的代码：
classFooChild(Foo):
pass
就可以写成：
classFoo(object):
bar=True
FooChild=type('FooChild',(Foo,),{})
print(FooChild)
#<class'__main__.FooChild'>
print(FooChild.bar)#bar属性是由Foo继承而来
#True
最终你会希望为你的类增加方法。只需要定义一个有着恰当签名的函数并将其作为属性赋值就可以了。
classFoo(object):
bar=True
defecho_bar(self):
print(self.bar)
FooChild=type('FooChild',(Foo,),{'echo_bar':echo_bar})
print(hasattr(Foo,'echo_bar'))#False
print(hasattr(FooChild,'echo_bar'))#True
my_foo=FooChild()
my_foo.echo_bar()#True
你可以看到，在Python中，类也是对象，你可以动态的创建类。这就是当你使用关键字class时Python在幕后做的事情，而这就是通过元类来实现的。
到底什么是元类
元类就是用来创建类的“东西”。元类就是类的类。
函数type实际上是一个元类。type就是Python在背后用来创建所有类的元类。
type就是创建类对象的类。你可以通过检查__class__属性来看到这一点。
Python中所有的东西，注意，我是指所有的东西——都是对象。这包括整数、字符串、函数以及类。它们全部都是对象，而且它们都是从一个类创建而来。
age=35
print(age.__class__)#<class'int'>
name='bob'
print(name.__class__)#<class'str'>
deffoo():
pass
print(foo.__class__)#<class'function'>
classBar(object):
pass
b=Bar()
print(b.__class__)#<class'__main__.Bar'>
现在，对于任何一个__class__的__class__属性又是什么呢？
print(age.__class__.__class__)#<class'type'>
print(name.__class__.__class__)#<class'type'>
print(foo.__class__.__class__)#<class'type'>
print(b.__class__.__class__)#<class'type'>
因此，元类就是创建类这种对象的东西。
type就是Python的内建元类，当然了，你也可以创建自己的元类。
**__metaclass__**属性
你可以在写一个类的时候为其添加__metaclass__属性。
classFoo(object):
__metaclass__=something...
如果你这么做了，Python就会用元类来创建类Foo。小心点，这里面有些技巧。你首先写下classFoo(object)，但是类对象Foo还没有在内存中创建。Python会在类的定义中寻找__metaclass__属性，如果找到了，Python就会用它来创建类Foo，如果没有找到，就会用内建的type来创建这个类。
当你写如下代码时:
classFoo(Bar):
pass
Python做了如下的操作：
Foo中有__metaclass__这个属性吗？如果是，Python会在内存中通过__metaclass__创建一个名字为Foo的类对象（我说的是类对象，请紧跟我的思路）。如果Python没有找到__metaclass__，它会继续在Bar（父类）中寻找__metaclass__属性，并尝试做和前面同样的操作。如果Python在任何父类中都找不到__metaclass__，它就会在模块层次中去寻找__metaclass__，并尝试做同样的操作。如果还是找不到__metaclass__,Python就会用内置的type来创建这个类对象。
现在的问题就是，你可以在__metaclass__中放置些什么代码呢？
答案就是：可以创建一个类的东西。那么什么可以用来创建一个类呢？type，或者任何使用到type或者子类化type的东东都可以。
内容：自定义元类、**为什么要用metaclass类而不是函数?、**究竟为什么要使用元类？
参考博文：http://blog.jobbole.com/21351/
本文内容总结：单例模式，使用模块，使用new，使用装饰器，使用metaclass，，补充：元类(metaclass)，
原文链接：https://www.cnblogs.com/metianzing/p/7719901.html