Python 实现单例模式的几种方式以及存在的问题

一、模块单例

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。

#foo1.py
class Singleton(object):
    def foo(self):
        pass
singleton = Singleton()


#foo.py
from foo1 import singleton

直接在其他文件中导入此文件中的对象，这个对象即是单例模式的对象

二、静态变量方法

先执行了类的__new__方法（我们没写时，默认调用object.new），实例化对象；然后再执行类的__init__方法，对这个对象进行初始化，所有我们可以基于这个，实现单例模式。

class Singleton(object):
    def __new__(cls,a):
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            cls._instance = object.__new__(cls)
        return cls._instance
    def __init__(self,a):
        self.a = a
    def aa(self):
        print(self.a)

a = Singleton("a")

变种：利用类的静态方法或者类方法，实现对函数初始化的控制。该方法需要手动调用静态方法实现实例。本质上是手动版的__new__方法。

class Singleton:
    @staticmethod
    def instance1(*args, **kwargs):
        if not hasattr(Singleton, "_instance"):
            Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs)
        return Singleton._instance

　　
    @classmethod
    def instance2(cls,*args, **kwargs):
        if not hasattr(cls, "_instance"):
            Singleton._instance = Singleton(*args, **kwargs)
        return Singleton._instance


a = Singleton.instance1() 
b = Singleton.instance2() 
print(a == b)```

## 三、元类方法
此方法是在__new__方法的更上层对实例化过程进行控制。

原理：执行元类的 元类的__new__方法和__init__方法用来实例化类对象，__call__ 方法用来对实例化的对象的实例即类的对象进行控制。__call__方法会调用实例类的 __new__方法，用于创建对象。返回对象给__call__方法，然后调用类对象的 __init__方法，用于对对象初始化。

```python
class Singleton1(type):
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        self.__instance = None
        super(Singleton1,self).__init__(*args, **kwargs)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        if self.__instance is None:
            self.__instance = super(Singleton1,self).__call__(*args, **kwargs)
        return self.__instance

class Singleton2(type):
    _inst = {}
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        print(cls)
        if cls not in cls._inst:
            cls._inst[cls] = super(Singleton2, cls).__call__(*args)
        return cls._inst[cls]

class C(metaclass=Singleton1):
    pass

四、装饰器

原理：装饰器用来控制类调用__call__方法。

def singleton(cls, *args, **kw):
    instance = {}
    def _singleton(args):
        if cls not in instance:
            instance[cls] = cls(*args, **kw)
        return instance[cls]
    return _singleton

@singleton
class A:
    pass

五、注意

除了模块单例外，其他几种模式的本质都是通过设置中间变量，来判断类是否已经被实例。区别就是中间变量的位置不同，或设置在元类中，或封装在函数中，或设置在类中作为静态变量。

注意1：中间变量的访问和更改存在线程安全的问题：在开启多线程模式的时候需要加锁处理。

注意2：new__方法无法避免触发__init()，初始的成员变量会进行覆盖。其他方法不会。