探索Python项目中的单例模式实现详解-优快云博客

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探索Python项目中的单例模式实现详解

explore-python :green_book: The Beauty of Python Programming. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ex/explore-python

什么是单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是设计模式中最简单但应用最广泛的模式之一。它的核心思想是确保一个类在整个程序运行期间只有一个实例存在，并提供一个全局访问点。

这种模式特别适合以下场景：

需要频繁创建和销毁的对象
创建对象耗时过多或资源消耗过大
工具类对象
频繁访问数据库或文件的对象

Python实现单例模式的四种方法

1. 利用模块特性实现单例

Python模块天然支持单例模式，这是最简单也最推荐的方式：

# singleton_module.py
class DatabaseConnection:
    def __init__(self):
        print("建立数据库连接...")
        
    def query(self, sql):
        print(f"执行SQL: {sql}")

# 模块级别的单例实例
db_connection = DatabaseConnection()

使用时直接导入该实例即可：

from singleton_module import db_connection

db_connection.query("SELECT * FROM users")

优点：

实现简单直观
线程安全
符合Python哲学

2. 重写new方法实现单例

通过控制实例创建过程来实现单例：

class Singleton:
    _instance = None
    
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            print("创建新实例")
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance

class ConfigManager(Singleton):
    def __init__(self):
        print("初始化配置管理器")
        self.config = {}

注意点：

__new__方法在__init__之前调用
每次实例化都会调用__init__，可能导致重复初始化
非线程安全，多线程环境下需要加锁

3. 使用装饰器实现单例

装饰器方式更加灵活，可以装饰任何类：

from functools import wraps

def singleton(cls):
    instances = {}
    
    @wraps(cls)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return instances[cls]
    
    return wrapper

@singleton
class Logger:
    def __init__(self):
        print("初始化日志系统")
        self.logs = []

特点：

实现优雅，符合装饰器模式
可以控制多个类的单例行为
同样存在线程安全问题

4. 使用元类实现单例

元类提供了更底层的控制：

class SingletonMeta(type):
    _instances = {}
    
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if cls not in cls._instances:
            cls._instances[cls] = super().__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instances[cls]

class DatabasePool(metaclass=SingletonMeta):
    def __init__(self):
        print("创建数据库连接池")
        self.connections = []

元类优势：