Python单例设计模式深度解析

目录

一、什么是单例设计模式

核心特点

二、为什么需要单例模式

典型应用场景

优势对比

三、Python实现单例的三种方式

1. 使用__new__方法（经典实现）

2. 使用装饰器实现

3. 使用模块实现（Python特有）

四、深入理解__new__方法

__new__与__init__的区别

关键代码解析

五、解决初始化多次执行的问题

问题现象

解决方案

六、线程安全的单例模式

问题分析

解决方案：加锁

七、实际应用案例：音乐播放器

八、单例模式的优缺点

优点

缺点

九、最佳实践建议

总结

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一、什么是单例设计模式

单例设计模式(Singleton Pattern)是一种常用的软件设计模式，它确保一个类只有一个实例存在，并提供一个全局访问点。这种模式在需要控制实例数目、节省系统资源或确保全局一致性时非常有用。

核心特点

• 唯一性：保证一个类只有一个实例存在

• 全局访问：提供全局访问该实例的方法

• 延迟初始化：通常采用懒加载方式创建实例

二、为什么需要单例模式

典型应用场景

1. 资源管理器：如音乐播放器、打印机管理

2. 配置系统：全局配置信息只需要一个实例

3. 日志系统：所有日志写入同一个文件

4. 数据库连接池：避免频繁创建连接

5. 缓存系统：全局共享缓存数据

优势对比

模式	实例数量	资源消耗	适用场景
普通类	多个	高	需要多个独立实例
单例类	单个	低	需要全局唯一实例

三、Python实现单例的三种方式

1. 使用__new__方法（经典实现）

class Singleton:
    _instance = None  # 类属性存储唯一实例
    
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:  # 如果实例不存在
            cls._instance = super().__new__(cls)  # 创建新实例
        return cls._instance  # 返回唯一实例

# 测试
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()
print(s1 is s2)  # 输出: True

2. 使用装饰器实现

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 ConfigManager:
    pass

# 测试
cfg1 = ConfigMana