單例模式確保一個類只有一個實例并提供全局訪問點。實現方式包括：1.模塊級別單例，通過模塊導入緩存實例，簡單但不夠靈活；2.裝飾器封裝單例邏輯，簡潔但需注意線程安全；3.元類控制類創建過程，更靈活但復雜；4.線程安全單例使用鎖確保多線程環境下的唯一性。適用場景包括資源管理器、配置管理器、日志記錄器和硬件接口。避免濫用的方法有優先依賴注入、減少全局狀態、考慮工廠模式并謹慎使用。單例模式與工廠模式區別在于對象數量，與靜態類區別在于實例化能力，與享元模式區別在于共享目的，但它可與其他模式結合使用。
單例模式的核心在于確保一個類只有一個實例，并提供一個全局訪問點。在python中實現單例模式有多種方式，從簡單的模塊級別到更復雜的元類實現，選擇取決于你的具體需求和對線程安全的考量。
解決方案 實現單例模式的關鍵在于控制實例的創建。以下是一些常用的Python實現方式：
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模塊級別單例：
這是最簡單的方法。Python模塊在第一次導入時執行，并將結果緩存。因此，你可以簡單地在一個模塊中定義一個類的實例：
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# my_singleton.py class MySingleton: def __init__(self): print("Singleton created") def do_something(self): print("Singleton doing something") instance = MySingleton()然后在其他地方導入這個模塊：
import my_singleton my_singleton.instance.do_something()
這種方式簡單易用，但不太靈活，如果需要延遲初始化或者更復雜的邏輯，可能不太適用。
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使用裝飾器：
可以使用裝飾器來封裝單例的創建邏輯：
def singleton(cls): instances = {} def getinstance(*args, **kwargs): if cls not in instances: instances[cls] = cls(*args, **kwargs) return instances[cls] return getinstance @singleton class MySingleton: def __init__(self): print("Singleton created") def do_something(self): print("Singleton doing something") a = MySingleton() b = MySingleton() print(a is b) # True裝飾器方式相對簡潔，但對于多線程環境，需要考慮線程安全問題。
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使用元類：
元類是創建類的“類”。通過控制類的創建過程，可以實現更復雜的單例邏輯：
class Singleton(type): _instances = {} def __call__(cls, *args, **kwargs): if cls not in cls._instances: cls._instances[cls] = super(Singleton, cls).__call__(*args, **kwargs) return cls._instances[cls] class MySingleton(metaclass=Singleton): def __init__(self): print("Singleton created") def do_something(self): print("Singleton doing something") a = MySingleton() b = MySingleton() print(a is b) # True元類方式更加靈活，可以處理更復雜的初始化邏輯，但理解和使用起來相對復雜。
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線程安全的單例：
在多線程環境中，需要確保單例的創建是線程安全的。可以使用鎖來實現：
import threading class Singleton(object): _instance_lock = threading.Lock() def __init__(self): pass def __new__(cls, *args, **kwargs): if not hasattr(Singleton, "_instance"): with Singleton._instance_lock: if not hasattr(Singleton, "_instance"): Singleton._instance = object.__new__(cls) return Singleton._instance class MySingleton(Singleton): def __init__(self): print("Singleton created") def do_something(self): print("Singleton doing something") a = MySingleton() b = MySingleton() print(a is b)這種方式使用了線程鎖，確保在多線程環境下只有一個實例被創建。
單例模式適合哪些場景？
單例模式并非萬能鑰匙，過度使用反而會降低代碼的靈活性和可測試性。以下是一些適合使用單例模式的場景：
- 資源管理器： 例如，數據庫連接池、線程池等，需要全局共享和管理的資源。
- 配置管理器： 應用程序只需要一個配置實例來讀取和管理配置信息。
- 日志記錄器： 通常只需要一個全局的日志記錄器來記錄應用程序的日志。
- 硬件接口： 某些硬件設備只有一個實例，例如打印機、掃描儀等。
如何避免過度使用單例模式？
單例模式雖然方便，但也容易被濫用。以下是一些建議，幫助你避免過度使用單例模式：
- 優先考慮依賴注入： 依賴注入可以提高代碼的靈活性和可測試性。
- 避免全局狀態： 單例模式本質上引入了全局狀態，應盡量減少其影響范圍。
- 考慮使用工廠模式： 如果只需要控制實例的創建，可以考慮使用工廠模式而不是單例模式。
- 謹慎使用： 在決定使用單例模式之前，仔細評估其必要性，并考慮其他替代方案。
單例模式與其他設計模式的區別和聯系？
單例模式與其他設計模式之間存在一些區別和聯系：
- 單例模式 vs. 工廠模式： 工廠模式用于創建對象，但可以創建多個對象。單例模式只創建一個對象。
- 單例模式 vs. 靜態類： 靜態類不允許創建實例，而單例模式允許創建實例，但只能創建一個。
- 單例模式 vs. 享元模式： 享元模式用于共享對象，以減少內存占用。單例模式用于確保只有一個實例。
單例模式可以與其他設計模式結合使用，例如，可以使用工廠模式來創建單例實例。
