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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）：

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）：

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）：

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

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