Python學習：19.Python設計模式-單例模式

一、單例模式存在的意義

　　在這裡的單例就是只有一個實例（這裡的實例就像在面向對象的時候，創建了一個對象也可以說創建了一個實例），只用一個實例進行程式設計，首先我們可以瞭解一下什麼時候不適合使用單例模式，比如我們需要使用類同時創建多個對象的時候，且每個對象中封裝了不同的數據的時候，就不能使用單例模式，就像下麵的例子

class Person:
    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = age
        
mingming = Person('明明',19)
mingyue = Person('明月',30)
mingri = Person('明日',20)

　　那麼什麼時候適合使用單例模式，如果每個對象中封裝了相同的數據，但是需要創建多個對象的時候，而且這兩個實例所有的功能是一樣的，所以我們就可以使用一個實例完成，在這裡我們就可以使用單例模式，如下

class Person:
    def __init__(self):
        self.name = '123123'
        self.age = '20'

    def f1(self):
        pass

    def f2(self):
        pass

mingming = Person()
mingming.f1()

mingyue = Person()
mingyue.f1()

　　為什麼要使用單例模式，就是為了在封裝數據相同的情況下，而且每個實例可執行的方法相同的時候，不必創建多個對象，只需要使用一個實例，來完成多個相同實例所完成的功能，通過這種方式減少記憶體的使用。

二、單例模式應用的場景

• 需要頻繁的進行創建和銷毀的對象；
• 創建對象時耗時過多或耗費資源過多，但又經常用到的對象；
• 工具類對象；
• 頻繁訪問資料庫或文件的對象。

三、單例模式的優點以及缺點

優點

系統記憶體中該類只存在一個對象，節省了系統資源，對於一些需要頻繁創建銷毀的對象，使用單例模式可以提高系統性能。

由於單例模式在記憶體中只有一個實例，減少了記憶體開銷。 
單例模式可以避免對資源的多重占用，例如一個寫文件時，由於只有一個實例存在記憶體中，避免對同一個資源文件的同時寫操作。 
單例模式可以再系統設置全局的訪問點，優化和共用資源訪問。 
其中使用到單例模式時，考慮較多的就是多線程的情況下如何防止被多線程同時創建等問題。

當這個類的對象在多個地方創建的時候，使得內部的方法多次調用，但是希望只要一個對象操作這個方法，或者不希望多個地方同時調用這個方法，需要保持這個方法的單一性質，就用單利模式

缺點

使用單例模式，擴展很困難，若要擴展，除了修改代碼基本上沒有第二種途徑可以實現。

四、單例模式代碼編寫

接下來我們就模擬一個資料庫連接池來實現單例模式
首先我們介紹一下資料庫連接池
我們通過程式進行資料庫的操作的時候，每次都需要連接資料庫，但是連接資料庫需要消耗較多的時間，所以我們可以在我們主機的記憶體里維護一個資料庫連接池，在這個連接池中有若幹個已經連接資料庫的連接，我們想要連接資料庫的時候直接到連接池中取出一個連接即可，省去了連接的時間。

非單例模式

import random

class SqlConnectionPool:

    __instance = None

    def __init__(self):
        self.ip = "127.0.0.1"
        self.port = 3306
        self.pwd = '123456'
        self.username = 'alexsel'
        #去連接
        self.conn_list = [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]

    def get_connection(self):
        #獲取連接
        r = random.randrange(1,11)
        return r


#我們創建多個對象記憶體地址是一樣的，說明拿到的是同一個對象
obj = SqlConnectionPool()
print(obj)
obj1 = SqlConnectionPool()
print(obj1)
obj2 = SqlConnectionPool()
print(obj2)

輸出結果：
<__main__.SqlConnectionPool instance at 0x0000000002630788>
<__main__.SqlConnectionPool instance at 0x0000000002630888>
<__main__.SqlConnectionPool instance at 0x00000000026308C8>

非單例模式每次記憶體輸出的結果都不同，下麵是單例模式。

import random

class SqlConnectionPool:

    __instance = None

    def __init__(self):
        self.ip = "127.0.0.1"
        self.port = 3306
        self.pwd = '123456'
        self.username = 'alexsel'
        #去連接
        self.conn_list = [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]

    @staticmethod   #靜態方法是由類調用的
    def get_instance():
        if SqlConnectionPool.__instance:
            return SqlConnectionPool.__instance
        else:
            #創建一個對象，並將對象賦值給靜態欄位__instance
            SqlConnectionPool.__instance = SqlConnectionPool()
            return SqlConnectionPool.__instance

    #單例模式關鍵代碼解析
    #當第一次調用這個靜態方法的時候，判斷__instacne的值是None所以執行else，然後在else中創建一個對象賦給靜態欄位__instance，然後返回這個靜態欄位
    #第二次調用這個今靜態方法的時候，判斷__instance的值為真，所以直接返回這個靜態欄位，而這個靜態欄位中包含的是第一次創建的對象，所以在以後調用這個方法
    #就只會調用第一次創建的對象，這就是單例模式

    def get_connection(self):
        #獲取連接
        r = random.randrange(1,11)
        return r


#我們創建多個對象記憶體地址是一樣的，說明拿到的是同一個對象
obj = SqlConnectionPool.get_instance()
print(obj)
obj1 = SqlConnectionPool.get_instance()
print(obj1)
obj2 = SqlConnectionPool.get_instance()
print(obj2)


輸出結果：
<__main__.SqlConnectionPool instance at 0x000000000260C808>
<__main__.SqlConnectionPool instance at 0x000000000260C808>
<__main__.SqlConnectionPool instance at 0x000000000260C808>

 以上是基於類，使用靜態欄位和靜態方法實現的一個單例模式。