单例模式（singleton）- python实现

通俗示例

想象一下，一个国家只有一个国王。不管你在哪里，提到这个国家的国王，大家都能知道是指同一个人。在程序设计中，单例模式就像是这样的国王，一个类只有一个实例，无论你多少次请求这个类的实例，它总是返回同一个对象。

通俗解释

单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。这个模式通常用于管理共享资源，如数据库连接或文件系统的操作，其中重复的实例化可能会导致问题或不必要的性能开销。

单例模式的实现步骤

1. 私有静态实例：单例类中有一个私有的静态变量，用来持有类的唯一实例。
2. 私有构造函数：单例类的构造函数是私有的，防止外部直接通过new关键字创建对象实例。
3. 公有静态方法：提供一个公有的静态方法，用于获取单例类的实例。在这个方法中，会检查实例是否已经创建，如果尚未创建，则会创建实例。

Python代码示例

下面是一个简单的单例模式实现示例：

"""
单例模式：
    确保一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

    优点：
        1. 减少内存开销，避免重复创建对象
        2. 减少资源消耗，避免重复使用资源
        3. 避免对资源的多重占用，例如写文件、数据库连接等
        4. 优化程序结构，将多个对象组合成一个对象，可以简化对象之间的关系
        5. 优化程序性能，避免高并发下重复创建对象
"""


class Singleton:
    # 私有静态实例
    _instance = None

    # 私有构造函数
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

    def __init__(self):
        self.count = 0

    # 公有方法
    def display(self):
        print(f"我是单例对象：{id(self)}")

    def get_value(self):
        return self.count

    def count_one(self):
        self.count += 1


# 客户端代码
if __name__ == "__main__":
    s1 = Singleton()
    print(s1.get_value())
    s2 = Singleton()

    s1.display()  # 输出: 我是单例对象：某个ID
    s2.display()  # 输出: 我是单例对象：同一个ID
    # 增加计数
    s1.count_one()
    # 对应s2也会增加
    print(s2.get_value())

在这个例子中，我们重写了__new__方法（这是Python中创建新实例的特殊方法），以确保每次尝试创建Singleton类的新实例时，都会返回同一个实例。

单例模式的变体

• 懒汉式：实例在第一次使用时创建。
• 饿汉式：实例在类加载时立即创建。

上面的例子是一个懒汉式的单例模式实现。在多线程环境下，懒汉式可能需要额外的同步措施来保证线程安全。

总结

单例模式适用于当你需要一个类来控制资源的访问，确保整个应用程序中只有一个实例被创建和使用。不过，过度使用单例模式可能会导致代码的不灵活和难以测试。因此，应当在确实需要时才使用这种模式。