概念理解

單例模式要保證一個類在整個系統運行期間，無論創建多少次該類的對象，始終只會有一個實例存在。就像操作系統中的任務管理器，無論何時何地調用它，都是同一個任務管理器在工作，不會同時出現多個不同的任務管理器實例

使用場景

• 資源共享:當多個模塊需要共享同一個資源時，使用單例模式可以避免資源的重復創建和浪費。例如，數據庫連接池，使用單例模式可以確保所有模塊使用的同一個數據庫連接池，避免了 多個連接池的創建，提高了資源的利用率
• 日志記錄器：在一個應用程序中，通常只需要一個日志記錄器來記錄系統的運行信息。使用單例模式可以確保所有模塊都使用同一個日志記錄器，避免了日志信息的分散和混亂
• 配置管理：在一個系統中，配置信息通常是全局的，并且只需要一份。使用單例模式中可以確保所有模塊都使用同一個配置對象，方便對配置信息進行統一管理和修改

優缺點

優點

• 節省資源：由于只創建一個實例，減少了系統資源的開銷，特別是對于一些創建和銷毀開銷較大的對象，如數據庫連接、文件系統等。
• 全局訪問：提供了一個全局訪問點，方便其他模塊獲取該實例，避免了在多個地方重復創建對象。
• 數據一致性：由于所有模塊都使用同一個實例，保證了數據的一致性和完整性。
  缺點
• 違反單一職責原則：單例模式的類既負責創建實例，又負責管理實例的生命周期，違反了單一職責原則。
• 擴展性差：由于單例模式的類只有一個實例，難以進行擴展和修改。如果需要對單例類進行擴展，可能需要修改原有的代碼，不符合開閉原則。
• 多線程問題：在多線程環境下，如果沒有進行適當的同步處理，可能會導致多個線程同時創建實例，破壞單例模式的唯一性。

實現方式

懶漢式（線程不安全）

class Singleton:_instance = None@classmethoddef get_instance(cls):if cls._instance is None:cls._instance = cls()return cls._instance# 使用示例
s1 = Singleton.get_instance()
s2 = Singleton.get_instance()
print(s1 is s2)  # 輸出: True

這種方式在第一次調用 get_instance 方法時才創建實例，但在多線程環境下可能會創建多個實例。
懶漢式（線程安全）

import threadingclass Singleton:_instance = None_lock = threading.Lock()@classmethoddef get_instance(cls):with cls._lock:if cls._instance is None:cls._instance = cls()return cls._instance# 使用示例
s1 = Singleton.get_instance()
s2 = Singleton.get_instance()
print(s1 is s2)  # 輸出: True

通過加鎖的方式保證在多線程環境下也只會創建一個實例，但每次獲取實例都需要加鎖，會影響性能。

餓漢式

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

這種方式在類加載時就創建實例，避免了多線程問題，但如果實例創建過程比較耗時，會影響系統的啟動性能。