理解单例模式之前，确实需要先掌握 __init__、__new__ 和 __call__ 这三个方法的作用和调用顺序。如有需要，读者可跳转下方链接学习：
python中的__init__、__new__、__call__-CSDN博客
正文开始：
在Python中，单例模式（Singleton Pattern）确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
一、使用装饰器实现单例
原理：通过装饰器控制类的实例化过程，确保仅生成一个实例。
步骤：1. 定义一个装饰器函数。
2. 在装饰器中管理实例的创建和返回。
代码示例：
def singleton_decorator(cls):print("装饰器执行（类定义时立即执行）")instances = {}def get_instance(*args, **kwargs):print("调用 get_instance()（实例化时执行）")if cls not in instances: # 单例模式的关键点就在这里print("创建新实例")instances[cls] = cls(*args, **kwargs)return instances[cls]return get_instance@singleton_decorator
class SingletonClass:def __init__(self):print("调用 __init__()")self.data = "Singleton Data"# 测试
print("开始实例化")
a = SingletonClass()
print("------------")
b = SingletonClass()
print(a is b) # 输出：True# 装饰器执行（类定义时立即执行）
# 开始实例化
# 调用 get_instance()（实例化时执行）
# 创建新实例
# 调用 __init__()
# ------------
# 调用 get_instance()（实例化时执行）
# True
二、元类实现单例重写__call__
原理：通过元类的
__call__方法控制实例创建流程。
步骤：1. 定义一个元类，重写
__call__方法。2. 在元类中检查是否已存在实例。
代码示例：
class SingletonMeta(type):_instances = {}def __call__(cls, *args, **kwargs):print("调用 __call__()")if cls not in cls._instances:cls._instances[cls] = super().__call__(*args, **kwargs)return cls._instances[cls]class SingletonClass(metaclass=SingletonMeta):def __init__(self):print("调用 __init__()")self.data = "Singleton Data"# 测试
a = SingletonClass()
b = SingletonClass()
print(a is b) # 输出：True# 调用 __call__()
# 调用 __init__()
# 调用 __call__()
# True三、重写 __new__
原理：通过重写类的
__new__方法，直接控制实例创建。
步骤：1. 在类中定义类变量存储实例。
2.在__new__方法中返回已有实例或创建新实例。
代码示例：
class SingletonClass:_instance = Nonedef __new__(cls, *args, **kwargs):print("__new__")if not cls._instance:cls._instance = super().__new__(cls)return cls._instancedef __init__(self):print("__init__")self.data = "Singleton Data"# 测试
a = SingletonClass()
b = SingletonClass()
print(a is b) # 输出：True# __new__
# __init__
# __new__
# __init__
# True
四、线程安全的单例模式
问题：上述方法在并发环境下可能创建多个实例。
解决方案：加锁（如 threading.Lock）确保线程安全。
代码示例（元类 + 线程安全）：
import threadingclass SingletonMeta(type):"""单例模式的元类实现。控制类的实例化过程，确保线程安全且唯一实例。"""_instances = {} # 保存所有单例类的实例（键是类，值是实例）_lock = threading.Lock() # 线程锁def __call__(cls, *args, **kwargs):# 第一次检查：避免已存在实例时不必要的加锁if cls not in cls._instances:# 加锁确保线程安全with cls._lock:# 第二次检查：防止其他线程已创建实例if cls not in cls._instances:# 创建实例并保存instance = super().__call__(*args, **kwargs)cls._instances[cls] = instance# 返回已存在的实例return cls._instances[cls]class Singleton(metaclass=SingletonMeta):"""单例类示例。通过元类 SingletonMeta 控制实例唯一性。"""def __init__(self):# 初始化代码（只会执行一次）self._data = "单例数据"print("Singleton 初始化完成")# 测试多线程环境下的单例行为
def create_singleton():obj = Singleton()print(id(obj))if __name__ == "__main__":threads = []for _ in range(5):t = threading.Thread(target=create_singleton)threads.append(t)t.start()for t in threads:t.join()# Singleton 初始化完成
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