2026 · 06 · 10 · 2739 字

Python基础学习笔记之单例模式

保留单例模式的核心实现与使用边界。

学习目标

保留单例模式的核心实现与使用边界。

一、单例设计模式【重点掌握】

1.概念

什么是设计模式？

设计模式是经过总结、优化的，对我们经常会碰到的一些编程问题的可重用解决方案

设计模式更为高级，它是一种必须在特定情形下实现的一种方法模板。设计模式不会绑定具体的编程语言

23种设计模式，其中比较常用的是单例设计模式，工厂设计模式，代理模式，装饰者模式等等

什么是单例设计模式？

单例：单个实例/单个对象，一个类只能创建一个对象，只能创建出一个对象的类被称为单例类

程序运行过程中，确保某一个类只有一个实例【对象】，不管在哪个模块获取这个类的对象，获取到的都是同一个对象。例如：一个国家只有一个主席，不管他在哪

单例设计模式的核心：一个类有且仅有一个实例，并且这个实例需要应用于整个程序中，该类被称为单例类

问题：验证两个变量中是否存储的是同一个对象

解决：地址

方式一：x1 is x2

方式二：id(x1) == id(x2)

2.应用场景

应用程序中描述当前使用用户对应的类 ———> 当前用户对于该应用程序的操作而言是唯一的——> 所以一般将该对象设计为单例

实际应用：数据库连接池操作 ——> 应用程序中多处地方连接到数据库 ———> 连接数据库时的连接池只需一个就行，没有必要在每个地方都创建一个新的连接池，这种也是浪费资源 ————> 解决方案也是单例

3.实现

3.1实现单例类方式一

# 1.普通类
class Person():
    pass
p1 = Person()
p2 = Person()
print(p1 is p2)  # False
print(id(p1) == id(p2))  # Flase

print('*' * 50)

# 2.单例类
'''
__new__
__init__
'''
class Person():
    # 定义一个类属性，用于表示当前类可以创建的唯一的对象
    # 因为此类属性无需在类的外面被访问修改，则设置为私有属性
    __instance = None
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print('new~~~')
        # 只要super().__new__(cls)被执行一次，则会创建出一个新的对象
        # 判断__instance的值，如果为None，则重新赋值为对象并返回，如果非空则直接返回
        if not cls.__instance:
            print('if~~~~')
            cls.__instance = super().__new__(cls)
        return cls.__instance

    def __init__(self,name,age):
        print('init~~~~',name,age)
        self.name = name
        self.age = age
p1 = Person('张三',10)  # 创建对象
p2 = Person('李四',20)   # 获取第一次创建的对象，此处的李四和20相当于给对象的name和age属性重新赋值
print(p1 is p2)  # True
print(id(p1) == id(p2))   # True

print(p1.name,p2.name)   # 李四

p1.name = 'Jack'
print(p1.name,p2.name)

3.2装饰器装饰类

.装饰器装饰类
def wrapper(cls):  # cls表示需要被装饰的类
    def inner(*args,**kwargs):
        c = cls(*args,**kwargs)      # 类(),创建对象：调用类中的构造函数__new__,__init__,所以此处的参数需要和__init__中的参数保持一致
        print('new~~~')  # 新增的功能
        return c
    return inner

@wrapper            # 调用外部函数wrapper
class A():
    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = age
print(A)   # <function wrapper.<locals>.inner at 0x000001DF7EDCC430>
a1 = A('111',10)        # 调用inner,a1中存储的是inner的返回值，为了符合最初创建对象的语法，则给inner设置返回值
print(a1)

3.3实现单例类方式二

def singleton(cls):
    # 定义一个函数作用域的变量，用于存储被装饰的类可以创建的唯一的对象
    instance = None
    def get_instance(*args,**kwargs):
        nonlocal instance
        if not instance:
            instance = cls(*args, **kwargs)  # 调用__init__
        return instance
    return get_instance

@singleton
class Person():
    def __init__(self,name,age):
        print('init~~~~~',name,age)
        self.name = name
        self.age = age

p1 = Person('张三',10)   # 调用get_instance
p2 = Person('李四',20)   # 调用get_instance
print(p1 is p2)  # True
print(id(p1) == id(p2))  # True

print(p1.name,p2.name)   # 张三

p1.name = 'Jack'
print(p1.name,p2.name)

3.4实现单例类方式三

def singleton(cls):
    # 定义一个函数作用域的字典变量，key:被装饰的类，value:唯一的对象
    instance = {}
    def get_instance(*args,**kwargs):
        if not instance:
            # 向字典中添加键值对
            instance[cls] = cls(*args, **kwargs)  # 调用__init__
        return instance[cls]
    return get_instance

@singleton
class Person():
    def __init__(self,name,age):
        print('init~~~~~',name,age)
        self.name = name
        self.age = age

p1 = Person('张三',10)   # 调用get_instance
p2 = Person('李四',20)   # 调用get_instance
print(p1 is p2)  # True
print(id(p1) == id(p2))  # True

print(p1.name,p2.name)   # 张三

p1.name = 'Jack'
print(p1.name,p2.name)

补充说明

单例会带来全局状态，测试和并发场景更难控制。多数配置、连接或缓存需求也可以通过依赖注入或模块级对象处理。

本篇小结

理解单例的实现即可，实际项目应谨慎使用并明确生命周期。