单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意

单例类只能有一个实例。

单例类必须自己创建自己的唯一实例。

单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

应用实例

音乐播放器或视频播放器，需要被设计成单例的，保证同一时刻只有一首歌在播放或一个视频在播放。

一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

全局唯一的配置对象，为全局提供唯一的一份配置，避免运行中配置修改造成配置的不统一。

创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

优点

在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。

避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点

没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

注意

实例化过程要保证线程安全！

import threading


def synchronized(bar):
    """ threading lock for Config"""

    bar.__lock__ = threading.Lock()  # get lock

    def lock_func(*args, **kwargs):
        with bar.__lock__:
            return bar(*args, **kwargs)

    return lock_func


class Filter_config(type):
    def __new__(cls, cls_name, cls_mro, cls_attr):
        cls_attr = {k.upper(): v for k, v in cls_attr.items() if not k.startswith('_')}
        return super(Filter_config, cls).__new__(cls, cls_name, cls_mro, cls_attr)


class Config(metaclass=Filter_config):  # 指定元类
    """ Singleton `Config` ."""
    _instance = None

    @synchronized
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = object.__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

    number = 100


config = Config()
print(config.NUMBER)  # 100

单例的扩展

可以使用单例的设计思想维护一个实例集合 ,通过对实例集合的分发管理来约束某些资源。

例如

由于创建一个连接的成本过高，或者I/O开销过大，但是单一对象又无法合理的利用资源，此时可以通过设置实例集合 来对有限个的连接进行管理。相当于建立链接池