《Python编程基础》课件-6.6.6Python中的单例模式

Python中的单例模式教学目标1.掌握实现单例模式的基本方法

2.学习使用元类实现单例模式

单例模式（SingletonPattern）是一种创建型设计模式，确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。核心概念：单例模式确保类只有一个实例；全局访问点通过类方法或属性提供；适用于共享资源管理；Python实现依赖__new__或元类。1、什么是单例模式及其重要性

#普通类：允许多个实例classNormalClass:#定义普通类def__init__(self):#初始化方法pass#无特殊控制obj1=NormalClass()#创建第一个实例obj2=NormalClass()#创建第二个实例，不同对象print(obj1isobj2)#输出False，表示不同实例#单例概念：限制为一个实例（完整实现见后续页）classSingleton:#单例类预览_instance=None#类属性存储唯一实例def__new__(cls):#重写__new__控制创建ifcls._instanceisNone:#检查是否已存在cls._instance=super().__new__(cls)#创建唯一实例returncls._instance#返回同一实例手动实现单例模式通过重写__new__方法和使用类属性存储实例。这涉及在__new__中检查是否已存在实例，若无则创建，否则返回现有实例。核心概念:__new__方法负责对象创建，可用于控制实例数；类属性存储共享实例；手动实现提供灵活性，但需处理初始化重复。2.手动实现单例模式的基本方法#手动单例类实现classManualSingleton:#定义单例类_instance=None#类属性，初始为None，用于存储唯一实例def__new__(cls,*args,**kwargs):#重写__new__方法，控制实例创建ifcls._instanceisNone:#检查是否已存在实例cls._instance=super(ManualSingleton,cls).__new__(cls)#创建新实例returncls._instance#返回唯一实例def__init__(self,value=None):#初始化方法，可接受参数ifnothasattr(self,'initialized'):#检查是否已初始化（防止重复）self.value=value#设置属性self.initialized=True#标记已初始化核心概念:实例唯一性通过is运算符验证；单例模式突出全局共享；适用于配置或连接池。3.单例模式的简单代码示例#简单单例配置类classConfigSingleton:#单例配置管理器_instance=None#存储唯一实例def__new__(cls):#重写创建方法ifcls._instanceisNone:#未存在则创建cls._instance=super().__new__(cls)#调用超类创建cls._instance.config={}#初始化配置字典returncls._instance#返回实例#调用示例config1=ConfigSingleton()#获取实例config1.config['theme']='dark'#设置配置config2=ConfigSingleton()#再次获取，应同一print(config2.config['theme'])#输出'dark'，共享配置print(id(config1)==id(config2))#输出True，确认同一对象使用元类（metaclass）实现单例，通过自定义类的创建过程控制实例化。核心概念:元类控制类行为；__call__拦截实例化；实例字典支持多类单例。4.使用元类实现单例模式#元类单例实现classSingletonMeta(type):#定义元类，继承type_instances={}#字典存储各类的唯一实例def__call__(cls,*args,**kwargs):#重写__call__，当类被调用时触发ifclsnotincls._instances:#检查类是否已有实例cls._instances[cls]=super().__call__(*args,**kwargs)#创建并存储returncls._instances[cls]#返回实例#使用元类classLogger(metaclass=SingletonMeta):#指定metaclassdef__init__(self):#初始化self.log=[]#日志列表单例模式用于数据库连接池、缓存管理器或全局配置。核心概念:实际应用聚焦资源共享；数据库/配置常见场景；结合线程锁处理并发。5.单例模式在实际场景中的应用importsqlite3#导入数据库模块classDBConnection(metaclass=SingletonMeta):#单例数据库连接def__init__(self):#初始化self.conn=sqlite3.connect('app.db')#创建连接#应用示例db1=DBConnection()#获取连接cursor1=db1.conn.cursor()#使用游标db2=DBConnection()#同一连接cursor2=db2.conn.cursor()#共享常见问题：多线程竞争创建；继承冲突。最佳实践：使用threading.Lock；限制使用单例；模块级变量替代；文档化全局影响。核心概念:线程安全需锁保护；过度使用导致耦合；最佳实践强调最小化全局状态。6.分代垃圾回收importthreading#导入线程模块classThreadSafeSingleton:#线程安全单例_instance=None#实例_lock=threading.Lock()#锁def__new__(cls):#重写创建withcls._lock:#获取锁ifcls._instanceisNone:#检查cls._instance=super().__new__(cls)#创建returncls._instance#返回Borg模式变体是Python中共享状态，而非实例的单例变体，通过__dict__共享确保一致核心概念:Borg共享状态；变体包括__dict__；模式强调多实例一致。6.Borg模式变体介绍classBorg:#类_shared={}#共享字典def__init__(self):#初始化self.__dict__=self._shared#共享b1=Borg()#实例1b1.val=5#设置b2=Borg()#实例2pr