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设计模式-创建型-单例模式

news 2025/7/5 8:23:55

1. 单例模式简介

单例模式（Singleton Pattern）是一种常见的创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。在很多情况下，我们只希望某个类在整个应用程序中有一个唯一的实例，且该实例需要在整个系统中共享。

单例模式的核心思想是：

保证类只有一个实例：不管创建多少次，始终只有一个对象实例。
提供全局访问点：通过某种方式让全局各处都能访问这个唯一的实例。

1.1 单例模式的应用场景

资源共享：当系统中某些资源（如数据库连接、文件操作、线程池等）需要共享时，使用单例模式来保证它们只有一个实例。
全局配置管理：例如在一个应用中有一个配置管理类，用于读取和保存系统的配置信息，使用单例模式可以确保配置管理类的实例不会被多次创建。
日志管理：单例模式适用于日志管理器，在程序中仅有一个日志记录器实例，可以确保日志文件的统一管理。

2. 单例模式的实现

在 Python 中，单例模式有多种实现方式，常见的实现方式包括：通过__new__方法创建、装饰器实现、模块导入。

2.1 通过new方法创建

class Singleton:_instance = Nonedef __new__(cls):if cls._instance is None:cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls)return cls._instance# 测试饿汉式单例模式
singleton1 = Singleton()
singleton2 = Singleton()print(singleton1 is singleton2)  # 输出：True

解释：

__new__方法是用于创建实例的，它会在每次实例化时被调用。
在__new__方法中，我们首先检查_instance是否为空，如果为空则创建实例并赋值给_instance。这样，无论如何，只会创建一个实例。

2.2 装饰器实现

可以使用Python的装饰器模式来实现单例模式。通过装饰器来控制类的实例化过程，确保类的实例唯一性。只要使用该装饰器，可以将任意类变为单例模式。

def singleton(cls):instances = {}def get_instance(*args, **kwargs):if cls not in instances:instances[cls] = cls(*args, **kwargs)return instances[cls]return get_instance@singleton
class Singleton:pass# 测试装饰器单例模式
singleton1 = Singleton()
singleton2 = Singleton()print(singleton1 is singleton2)  # 输出：True

解释：

singleton装饰器定义了一个instances字典，用于缓存已创建的实例。
每次调用Singleton时，get_instance函数会检查是否已经有该类的实例存在，如果存在则直接返回缓存的实例，否则创建新的实例。

2.3 模块级单例

Python中的模块本身就是天然的单例。每个模块在首次导入时会被实例化，之后的导入会直接使用缓存的模块实例。这也是python常用的一种创建单例的方式。

# singleton_module.py
class Singleton:def __init__(self):print("Singleton instance created.")singleton_instance = Singleton() # singleton_module.py中先实例化，在其他模块中导入该实例# main.py
import singleton_module# 测试模块级单例模式
singleton1 = singleton_module.singleton_instance
singleton2 = singleton_module.singleton_instanceprint(singleton1 is singleton2)  # 输出：True