# 单例模式

单例模式（Singleton Pattern）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。

## 应用场景

1. 数据库连接池
2. 配置管理器
3. 日志记录器
4. 线程池管理
5. 缓存管理

## 实现方式

在Python中实现单例模式有多种方式：

1. 使用`__new__`方法（基本实现）：

```python
class Singleton:
    _instance = None

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

2. 使用装饰器实现（更优雅的方式）：

```python
def singleton(cls):
    _instance = {}
    def inner(*args, **kwargs):
        if cls not in _instance:
            _instance[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return _instance[cls]
    return inner

@singleton
class Config:
    def __init__(self):
        self.config = {}
```

3. 使用元类实现（更高级的方式）：

```python
class SingletonMeta(type):
    _instances = {}
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if cls not in cls._instances:
            cls._instances[cls] = super().__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instances[cls]

class Database(metaclass=SingletonMeta):
    def __init__(self):
        self.connection = None
```

## 优点

1. 保证一个类只有一个实例，减少内存开销
2. 避免对资源的多重占用
3. 提供了对唯一实例的全局访问点
4. 实现了对实例创建的控制

## 缺点

1. 单例模式可能隐藏了类之间的依赖关系
2. 单例模式违反了单一职责原则
3. 在并发环境下需要特殊处理
4. 测试时可能会遇到困难

## 最佳实践

1. 优先考虑使用模块级别的变量（Python 模块天然是单例的）
2. 如果需要类级别的单例，推荐使用装饰器方式
3. 需要继承时，使用元类方式
4. 在多线程环境下，需要添加线程锁保证线程安全

```python
import threading

class ThreadSafeSingleton:
    _instance = None
    _lock = threading.Lock()
    
    def __new__(cls):
        if cls._instance is None:
            with cls._lock:
                if cls._instance is None:
                    cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance
```