Python实现单例模式的5种方法

下面是 Python 实现单例模式的 5 种方法的详细攻略。

什么是单例模式？

单例模式是一种常见的设计模式，它保证一个类只能创建一个实例，并提供一个全局访问该实例的方式。

Python 实现单例模式的 5 种方法

方法一：使用模块

Python 中的模块加载是线程安全的，因此将实例化代码放在模块级别的变量中，可以保证只有一个实例会被创建。

# singleton.py

class Singleton(object):
    def __new__(cls):
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance

这种方法需要将所有的单例类代码放在一个模块中，然后使用模块导入来获得单例对象。例如：

from singleton import Singleton

singleton = Singleton()

方法二：使用装饰器

使用装饰器将实例化代码封装在闭包中，然后用一个字典变量存储闭包对象和单例对象的对应关系，保证每个类只有一个实例对象。

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 MyClass(object):
    pass

方法三：使用元类

Python 中的类也是对象，因此可以使用元类来实现单例模式。元类是类的类，可以用来控制类的创建过程和行为。

class Singleton(type):
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            cls._instance = super().__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instance

class MyClass(metaclass=Singleton):
    pass

方法四：使用基类

将单例模式的实现封装到一个基类中，并在每个需要单例模式的类中继承该基类。

class Singleton(object):
    _instance = None
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

class MyClass(Singleton):
    pass

方法五：使用模板方法

使用模板方法模式将单例模式封装到一个基类中，并在每个子类中实现模板方法。

class Singleton(object):
    _instance = None
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

class MyClass(Singleton):
    def __init__(self, arg):
        self.arg = arg

    @classmethod
    def create_singleton(cls, arg):
        if not cls._instance:
            cls._instance = cls(arg)
        return cls._instance

这种方法需要子类实现一个静态方法或类方法来创建单例对象，例如：

my_object = MyClass.create_singleton('argument')

示例说明

下面我们来看两个关于单例模式的示例。

示例一：程序日志

在一个程序中，我们通常需要记录一些日志信息，而记录日志的类只需要一个实例即可。因此可以使用单例模式来实现日志记录类。

import logging

class SingletonLogger(object):
    _instance = None

    def __new__(cls):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super().__new__(cls)
            cls._instance.logger = logging.getLogger(__name__)
        return cls._instance

    def log(self, message):
        self.logger.info(message)

在其他模块中使用 Logger 对象时，只需要导入 SingletonLogger 类并调用 log 方法即可。

from singleton_logger import SingletonLogger

logger = SingletonLogger()
logger.log('Logging message')

示例二：数据库连接池

在 Web 应用开发中，为了提高数据库访问效率，我们通常会使用连接池来管理数据库连接。连接池只需要一个实例即可，可以使用单例模式来实现。

import MySQLdb
from dbutils.pooled_db import PooledDB

class SingletonDatabase(object):
    _instance = None

    def __new__(cls):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super().__new__(cls)
            cls._instance.pool = PooledDB(
                creator=MySQLdb,
                use_unicode=True,
                db='test',
                user='user',
                password='password',
                host='localhost',
                port=3306,
                charset='utf8mb4',
                maxconnections=100,
                blocking=True
            )
        return cls._instance

    def get_connection(self):
        return self.pool.connection()

    def close_connection(self, conn):
        conn.close()

在其他模块中使用数据库连接池时，只需要导入 SingletonDatabase 类并调用 get_connection 方法获取数据库连接即可。

from singleton_database import SingletonDatabase

db = SingletonDatabase()
conn = db.get_connection()
cursor = conn.cursor()
cursor.execute("SELECT * FROM users")
results = cursor.fetchall()
db.close_connection(conn)