单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是最常用的一种设计模式，是一种非常常用的创建型设计模式。什么场景会用到单例模式呢？就是在系统工程中只想创建单个实例对象，比如数据库连接池，Redis连接池，服务监控中心等。这个场景下，如果存在多个实例对象，那么会有无法预测的异常。同时，在设计单例模式时，需要考虑的很重要的因素就是并发性，即多线程调用时是否会存在多个线程。那么，如何设计使用单例模式呢？

经典单例模式

最经典的单例模式实现非常简单，主要是：先判断类是否有这个实例，如果没有该实例，则生成一个实例；如果已经存在了一个实例，那么提供这个实例。算法代码如下：

运行如下代码，得到如下结果：

由此可见，s和t为同一个实例，即Singleton类实现了单例模式。

多线程单例模式

上述代码实现了单例模式，但是是否支持多线程呢？我们可以做个测试：

运行结果如下：

似乎是没有问题的。实际呢？这是因为初始化生成对象的时间比较短，如果生成对象的时间比较长呢？我们应用sleep函数来模拟这种场景。代码如下：

运行后的结果呢？我们可以看到产生了不同的对象：

也就是说，这种单例模式在多线程下是失效的，我们需要改进实现方式。那么，在多线程下如何实现单例模式呢？最经典的方式，就是加锁。多线程下单例模式的实现如下：

我们可以再次测试一下，如果初始化实例时间比较长的情况下，是否会产生多个实例。测试代码如下：

运行结果如下：

由此可以看出，确实只生成了单个实例，well done。

运用元类实现单例模式

元类，是一个类的类，所以，该类是元类的实例。在Python中，一切都为对象，那么，对象都会有类型。看一下如下代码：

运行结果如下：

那么，这表明，str类型的元类是type，即str是type类型的一个类。

元类可以控制类创建和对象的实例化，所以可以用于创建单例。Python代码实现如下（已经加入了锁来实现多线程）：

运用模块实现单例模式

默认情况下，Python中所有的模块都是单例模式，这是由于Python中的导入行为所决定的。Python中运用模块导入主要做了以下工作：

1、判断该模块是否导入；

2、如果模块已经导入，则返回模块的对象；否则，如果没有导入，则导入并实例化。

Python实现如下：

在使用时，可以按照如下方式使用：

小结

本文介绍了三种单例模式的实现方式，其中Python中的模块都是单例，这也是实现单例模式最简单的方式，另外，本文介绍了通过__new__以及元类实现单例模式的方法，在实现的过程中，考虑了多线程。