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# 单例模式
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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。
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## 应用场景
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1. 数据库连接池
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2. 配置管理器
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3. 日志记录器
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4. 线程池管理
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5. 缓存管理
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## 实现方式
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在Python中实现单例模式有多种方式：
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1. 使用`__new__`方法（基本实现）：
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```python
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class Singleton:
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_instance = None
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def __new__(cls, *args, **kwargs):
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if not cls._instance:
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cls._instance = super().__new__(cls)
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return cls._instance
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```
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2. 使用装饰器实现（更优雅的方式）：
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```python
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def singleton(cls):
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_instance = {}
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def inner(*args, **kwargs):
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if cls not in _instance:
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_instance[cls] = cls(*args, **kwargs)
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return _instance[cls]
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return inner
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@singleton
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class Config:
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def __init__(self):
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self.config = {}
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```
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3. 使用元类实现（更高级的方式）：
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```python
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class SingletonMeta(type):
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_instances = {}
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def __call__(cls, *args, **kwargs):
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if cls not in cls._instances:
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cls._instances[cls] = super().__call__(*args, **kwargs)
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return cls._instances[cls]
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class Database(metaclass=SingletonMeta):
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def __init__(self):
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self.connection = None
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```
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## 优点
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1. 保证一个类只有一个实例，减少内存开销
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2. 避免对资源的多重占用
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3. 提供了对唯一实例的全局访问点
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4. 实现了对实例创建的控制
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## 缺点
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1. 单例模式可能隐藏了类之间的依赖关系
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2. 单例模式违反了单一职责原则
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3. 在并发环境下需要特殊处理
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4. 测试时可能会遇到困难
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## 最佳实践
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1. 优先考虑使用模块级别的变量（Python 模块天然是单例的）
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2. 如果需要类级别的单例，推荐使用装饰器方式
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3. 需要继承时，使用元类方式
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4. 在多线程环境下，需要添加线程锁保证线程安全
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```python
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import threading
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class ThreadSafeSingleton:
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_instance = None
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_lock = threading.Lock()
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def __new__(cls):
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if cls._instance is None:
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with cls._lock:
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if cls._instance is None:
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cls._instance = super().__new__(cls)
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return cls._instance
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```
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