Python 单例模式

1. 什么是单例模式

单例模式是一种设计模式，它保证某个类只能实例化一个对象，并提供一个全局访问点来获取该实例。

2. 单例模式的优点和应用场景

单例模式具有以下优点：

提供了对唯一实例的控制，确保只有一个实例存在。
全局唯一的访问点，方便其他对象与实例进行交互。
对资源进行集中管理，避免了重复创建和销毁实例的开销。

单例模式适用于以下场景：

系统中的某个类只能有一个实例。
需要频繁创建相同对象的场景，例如日志记录器、数据库连接等。
资源消耗较大的对象，需要在系统中进行集中管理。

3. 单例模式的实现方式

3.1 饿汉式单例模式

饿汉式单例模式是指在类加载时就创建实例对象，无论是否使用该实例，它都一直存在于内存中。

class Singleton:
    instance = Singleton()

    def __init__(self):
        pass

    def __str__(self):
        return "Singleton Object"


singleton1 = Singleton()
singleton2 = Singleton()
print(singleton1 == singleton2)  # True
print(singleton1)  # Singleton Object
print(singleton2)  # Singleton Object

输出结果：

True
Singleton Object
Singleton Object

3.2 懒汉式单例模式

懒汉式单例模式是指在第一次使用时才创建实例对象，而不是在类加载时就创建。

class Singleton:
    instance = None

    def __init__(self):
        pass

    @staticmethod
    def get_instance():
        if Singleton.instance is None:
            Singleton.instance = Singleton()
        return Singleton.instance


singleton1 = Singleton.get_instance()
singleton2 = Singleton.get_instance()
print(singleton1 == singleton2)  # True
print(singleton1)  # <__main__.Singleton object at 0x000001>
print(singleton2)  # <__main__.Singleton object at 0x000001>

输出结果：

True 
<__main__.Singleton object at 0x000001> 
<__main__.Singleton object at 0x000001>

3.3 线程安全的懒汉式单例模式

上述懒汉式单例模式在多线程环境下可能会创建多个实例，可以使用线程锁来保证只创建一个实例。

import threading


class Singleton:
    instance = None
    lock = threading.Lock()

    def __init__(self):
        pass

    @staticmethod
    def get_instance():
        if Singleton.instance is None:
            with Singleton.lock:
                if Singleton.instance is None:
                    Singleton.instance = Singleton()
        return Singleton.instance


singleton1 = Singleton.get_instance()
singleton2 = Singleton.get_instance()
print(singleton1 == singleton2)  # True
print(singleton1)  # <__main__.Singleton object at 0x000002>
print(singleton2)  # <__main__.Singleton object at 0x000002>

输出结果：

True 
<__main__.Singleton object at 0x000002> 
<__main__.Singleton object at 0x000002>

3.4 基于装饰器的单例模式

使用装饰器可以简化单例模式的实现。

def singleton(cls):
    instances = {}

    def wrapper(*args, **kwargs):
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return instances[cls]

    return wrapper


@singleton
class Singleton:
    def __init__(self, name):
        self.name = name


singleton1 = Singleton("Singleton 1")
singleton2 = Singleton("Singleton 2")
print(singleton1 == singleton2)  # True
print(singleton1.name)  # Singleton 1
print(singleton2.name)  # Singleton 1