Python單例模式的實現方式

所謂單例，是指一個類的實例從始至終只能被創建一次。

方法1：使用new方法

如果想使得某個類從始至終最多隻有一個實例，使用new方法會很簡單。Python中類是通過new來創建實例的：

class Singleton(object):
  def __new__(cls,*args,**kwargs):
    if not hasattr(cls,'_inst'):
      cls._inst=super(Singleton,cls).__new__(cls,*args,**kwargs)
    return cls._inst
if __name__=='__main__':
  class A(Singleton):
    def __init__(self,s):
      self.s=s   
  a=A('apple')  
  b=A('banana')
  print id(a),a.s
  print id(b),b.s

結果：
29922256 banana
29922256 banana

通過new方法，將類的實例在創建的時候綁定到類屬性_inst上。如果cls._inst爲None，說明類還未實例化，實例化並將實例綁定到cls._inst，以後每次實例化的時候都返回第一次實例化創建的實例。注意從Singleton派生子類的時候，不要重載new。

方法2：

有時候我們並不關心生成的實例是否具有同一id，而只關心其狀態和行爲方式。我們可以允許許多個實例被創建，但所有的實例都共享狀態和行爲方式：

class Borg(object):
  _shared_state={}
  def __new__(cls,*args,**kwargs):
    obj=super(Borg,cls).__new__(cls,*args,**kwargs)
    obj.__dict__=cls._shared_state
    return obj

將所有實例的dict指向同一個字典，這樣實例就共享相同的方法和屬性。對任何實例的名字屬性的設置，無論是在init中修改還是直接修改，所有的實例都會受到影響。不過實例的id是不同的。要保證類實例能共享屬性，但不和子類共享，注意使用cls._shared_state,而不是Borg._shared_state。
因爲實例是不同的id，所以每個實例都可以做字典的key：

if __name__=='__main__':
  class Example(Borg):
    pass
  a=Example()
  b=Example()
  c=Example()
  adict={}
  j=0
  for i in a,b,c:
    adict[i]=j
    j+=1
  for i in a,b,c:
    print adict[i]

結果：
0
1
2
如果這種行爲不是你想要的，可以爲Borg類添加eq和hash方法，使其更接近於單例模式的行爲：

class Borg(object):
  _shared_state={}
  def __new__(cls,*args,**kwargs):
    obj=super(Borg,cls).__new__(cls,*args,**kwargs)
    obj.__dict__=cls._shared_state
    return obj
  def __hash__(self):
    return 1
  def __eq__(self,other):
    try:
      return self.__dict__ is other.__dict__
    except:
      return False
if __name__=='__main__':
  class Example(Borg):
    pass
  a=Example()
  b=Example()
  c=Example()
  adict={}
  j=0
  for i in a,b,c:
    adict[i]=j
    j+=1
  for i in a,b,c:
    print adict[i]

結果：
2
2
2
所有的實例都能當一個key使用了。

方法3: 元類metaclass

當你編寫一個類的時候，某種機制會使用類名字，基類元組，類字典來創建一個類對象。新型類中這種機制默認爲type，而且這種機制是可編程的，稱爲元類metaclass 。

class Singleton(type):
  def __init__(self,name,bases,class_dict):
    super(Singleton,self).__init__(name,bases,class_dict)
    self._instance=None
  def __call__(self,*args,**kwargs):
    if self._instance is None:
      self._instance=super(Singleton,self).__call__(*args,**kwargs)
    return self._instance
if __name__=='__main__':
  class A(object):
    __metaclass__=Singleton    
  a=A()
  b=A()
  print id(a),id(b)

結果：
34248016 34248016

id是相同的。

 例子中我們構造了一個Singleton元類，並使用__call__方法使其能夠模擬函數的行爲。構造類A時，將其  元類設爲Singleton，那麼創建類對象A時，行爲發生如下：
A=Singleton(name,bases,class_dict),A其實爲Singleton類的一個實例。
創建A的實例時，A()=Singleton(name,bases,class_dict)()=Singleton(name,bases,class_dict).__call__()，這樣 就將A的所有實例都指向了A的屬性_instance上，這種方法與方法1其實是相同的。

方法4

python中的模塊module在程序中只被加載一次，本身就是單例的。可以直接寫一個模塊，將你需要的方法和屬性，寫在模塊中當做函數和模塊作用域的全局變量即可，根本不需要寫類。
而且還有一些綜合模塊和類的優點的方法：

class _singleton(object):
  class ConstError(TypeError):
    pass
  def __setattr__(self,name,value):
    if name in self.__dict__:
      raise self.ConstError
    self.__dict__[name]=value
  def __delattr__(self,name):
    if name in self.__dict__:
      raise self.ConstError
    raise NameError
import sys
sys.modules[__name__]=_singleton()

python並不會對sys.modules進行檢查以確保他們是模塊對象，我們利用這一點將模塊綁定向一個類對象，而且以後都會綁定向同一個對象了。

將代碼存放在single.py中：

>>> import single
>>> single.a=1
>>> single.a=2
ConstError
>>> del single.a
ConstError

方法5：

最簡單的方法：

class singleton(object):
  pass
singleton=singleton()

將名字singleton綁定到實例上，singleton就是它自己類的唯一對象了。