Python面试题：如何在 Python 中实现单例模式？

在 Python 中，有多种方法可以实现单例模式（Singleton Pattern）。单例模式是一种设计模式，确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。以下是几种常见的方法来实现单例模式：

方法一：使用类变量

通过使用类变量，可以确保类只有一个实例。

class Singleton:_instance = Nonedef __new__(cls, *args, **kwargs):if not cls._instance:cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)return cls._instance# 测试
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()
print(s1 is s2)  # True

方法二：使用装饰器

使用装饰器可以将单例模式的逻辑封装起来，使其更简洁。

def singleton(cls):instances = {}def get_instance(*args, **kwargs):if cls not in instances:instances[cls] = cls(*args, **kwargs)return instances[cls]return get_instance@singleton
class Singleton:pass# 测试
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()
print(s1 is s2)  # True

方法三：使用模块

在 Python 中，模块本身就是单例的，可以直接利用这一特性。

# singleton_module.py
class Singleton:passsingleton_instance = Singleton()# 在其他模块中
from singleton_module import singleton_instances1 = singleton_instance
s2 = singleton_instance
print(s1 is s2)  # True

方法四：使用 metaclass（元类）

通过定义一个元类，可以控制类的创建过程，从而实现单例模式。

class SingletonMeta(type):_instances = {}def __call__(cls, *args, **kwargs):if cls not in cls._instances:cls._instances[cls] = super(SingletonMeta, cls).__call__(*args, **kwargs)return cls._instances[cls]class Singleton(metaclass=SingletonMeta):pass# 测试
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()
print(s1 is s2)  # True

方法五：使用模块中的私有变量

通过在模块中使用私有变量，可以控制类的实例化。

class Singleton:_instance = Nonedef __new__(cls, *args, **kwargs):if not cls._instance:cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)return cls._instancesingleton_instance = Singleton()# 在其他模块中
from singleton_module import singleton_instances1 = singleton_instance
s2 = singleton_instance
print(s1 is s2)  # True

方法六：使用基于线程的锁

在多线程环境中，单例模式需要考虑线程安全问题，可以使用锁来确保线程安全。

import threadingclass Singleton:_instance = None_lock = threading.Lock()def __new__(cls, *args, **kwargs):if not cls._instance:with cls._lock:if not cls._instance:cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)return cls._instance# 测试
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()
print(s1 is s2)  # True