Python学习：Python设计模式-单例模式

一、单例模式存在的意义

　　在这里的单例就是只有一个实例（这里的实例就像在面向对象的时候，创建了一个对象也可以说创建了一个实例），只用一个实例进行程序设计，首先我们可以了解一下什么时候不适合使用单例模式，比如我们需要使用类同时创建多个对象的时候，且每个对象中封装了不同的数据的时候，就不能使用单例模式，就像下面的例子

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age


zhangsan = Person('张三', 21)
lisi = Person('李四', 38)
wangwu = Person('王五', 37)

　　那么什么时候适合使用单例模式，如果每个对象中封装了相同的数据，但是需要创建多个对象的时候，而且这两个实例所有的功能是一样的，所以我们就可以使用一个实例完成，在这里我们就可以使用单例模式，如下

class Person:
    def __init__(self):
        self.name = '123'
        self.age = '20'

    def f1(self):
        pass

    def f2(self):
        pass


zhangsan = Person()
zhangsan.f1()

lisi = Person()
lisi.f1()

　　为什么要使用单例模式，就是为了在封装数据相同的情况下，而且每个实例可执行的方法相同的时候，不必创建多个对象，只需要使用一个实例，来完成多个相同实例所完成的功能，通过这种方式减少内存的使用。

二、单例模式应用的场景　　

需要频繁的进行创建和销毁的对象；
创建对象时耗时过多或耗费资源过多，但又经常用到的对象；
工具类对象；
频繁访问数据库或文件的对象。

三、单例模式的优点以及缺点

优点

系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。

由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开销。

单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件时，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。

单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问。

其中使用到单例模式时，考虑较多的就是多线程的情况下如何防止被多线程同时创建等问题。

当这个类的对象在多个地方创建的时候，使得内部的方法多次调用，但是希望只要一个对象操作这个方法，或者不希望多个地方同时调用这个方法，需要保持这个方法的单一性质，就用单例模式。

缺点

使用单例模式，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现。

四、单例模式代码编写

接下来我们就模拟一个数据库连接池来实现单例模式

首先我们介绍一下数据库连接池

我们通过程序进行数据库的操作的时候，每次都需要连接数据库，但是连接数据库需要消耗较多的时间，所以我们可以在我们主机的内存里维护一个数据库连接池，在这个连接池中有若干个已经连接数据库的连接，我们想要连接数据库的时候直接到连接池中取出一个连接即可，省去了连接的时间。

非单例模式

import random


class SqlConnectionPool:
    __instance = None

    def __init__(self):
        self.ip = '127.0.0.1'
        self.port = 3306
        self.pwd = '123456'
        self.username = 'jhong'
        # 去连接
        self.conn_list = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]

    def get_connection(self):
        # 获取连接
        r = random.randrange(1, 9)
        return r


# 我们创建多个对象内存地址是一样的，说明拿到的是同一个对象
obj = SqlConnectionPool()
print(obj)
obj1 = SqlConnectionPool()
print(obj1)
obj2 = SqlConnectionPool()
print(obj2)

输出结果：

可以发现非单例模式每次内存输出的结果都不同，下面是单例模式：

import random


class SqlConnectionPool:
    __instance = None

    def __init__(self):
        self.ip = '127.0.0.1'
        self.port = 3306
        self.pwd = '123456'
        self.username = 'jhong'
        # 去连接
        self.conn_list = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]

    @staticmethod  # 静态方法是由类调用的
    def get_instance():
        if SqlConnectionPool.__instance:
            return SqlConnectionPool.__instance
        else:
            # 创建一个对象，并将对象赋值给静态字段__instance
            SqlConnectionPool.__instance = SqlConnectionPool()
            return SqlConnectionPool.__instance

    # 单例模式关键代码解析
    # 当第一次调用这个静态方法的时候，判断__instance的值是None所以执行else，然后在else中创建一个对象赋值给静态字段__instance，然后返回这个静态字段
    # 第二次调用这个静态方法的时候，判断__instance的值为真，所以直接返回这个静态字段，而这个静态字段中包含的是第一次创建的对象，所以在以后调用这个方法就只会调用第一次创建的对象，这就是单例模式
    def get_connection(self):
        # 获取连接
        r = random.randrange(1, 9)
        return r


# 我们创建多个对象内存地址是一样的，说明拿到的是同一个对象
obj = SqlConnectionPool.get_instance()
print(obj)
obj1 = SqlConnectionPool.get_instance()
print(obj1)
obj2 = SqlConnectionPool.get_instance()
print(obj2)

输出结果：

以上是基于类，使用静态字段和静态方法实现的一个单例模式。