【单例模式】简介

概念理解

单例模式要保证一个类在整个系统运行期间，无论创建多少次该类的对象，始终只会有一个实例存在。就像操作系统中的任务管理器，无论何时何地调用它，都是同一个任务管理器在工作，不会同时出现多个不同的任务管理器实例

使用场景

资源共享:当多个模块需要共享同一个资源时，使用单例模式可以避免资源的重复创建和浪费。例如，数据库连接池，使用单例模式可以确保所有模块使用的同一个数据库连接池，避免了多个连接池的创建，提高了资源的利用率
日志记录器：在一个应用程序中，通常只需要一个日志记录器来记录系统的运行信息。使用单例模式可以确保所有模块都使用同一个日志记录器，避免了日志信息的分散和混乱
配置管理：在一个系统中，配置信息通常是全局的，并且只需要一份。使用单例模式中可以确保所有模块都使用同一个配置对象，方便对配置信息进行统一管理和修改

优缺点

优点

节省资源：由于只创建一个实例，减少了系统资源的开销，特别是对于一些创建和销毁开销较大的对象，如数据库连接、文件系统等。
全局访问：提供了一个全局访问点，方便其他模块获取该实例，避免了在多个地方重复创建对象。
数据一致性：由于所有模块都使用同一个实例，保证了数据的一致性和完整性。
缺点
违反单一职责原则：单例模式的类既负责创建实例，又负责管理实例的生命周期，违反了单一职责原则。
扩展性差：由于单例模式的类只有一个实例，难以进行扩展和修改。如果需要对单例类进行扩展，可能需要修改原有的代码，不符合开闭原则。
多线程问题：在多线程环境下，如果没有进行适当的同步处理，可能会导致多个线程同时创建实例，破坏单例模式的唯一性。

实现方式

懒汉式（线程不安全）

bash 复制代码

class Singleton:
    _instance = None

    @classmethod
    def get_instance(cls):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = cls()
        return cls._instance


# 使用示例
s1 = Singleton.get_instance()
s2 = Singleton.get_instance()
print(s1 is s2)  # 输出: True

这种方式在第一次调用 get_instance 方法时才创建实例，但在多线程环境下可能会创建多个实例。
懒汉式（线程安全）

bash 复制代码

import threading

class Singleton:
    _instance = None
    _lock = threading.Lock()

    @classmethod
    def get_instance(cls):
        with cls._lock:
            if cls._instance is None:
                cls._instance = cls()
            return cls._instance


# 使用示例
s1 = Singleton.get_instance()
s2 = Singleton.get_instance()
print(s1 is s2)  # 输出: True

通过加锁的方式保证在多线程环境下也只会创建一个实例，但每次获取实例都需要加锁，会影响性能。

饿汉式

bash 复制代码

class Singleton:
    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance


# 使用示例
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()
print(s1 is s2)  # 输出: True

这种方式在类加载时就创建实例，避免了多线程问题，但如果实例创建过程比较耗时，会影响系统的启动性能。

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