Python 单例模式实现：从线程安全到装饰器详解

清欢

发布时间：2026-10-15| 5人浏览过

原创

本文详解 Python 中单例模式的多种实现方式，涵盖单线程下的构造器重载与装饰器方案，以及多线程环境下的线程锁保护机制。通过对比不同场景下的代码示例，帮助开发者掌握如何确保类仅生成唯一实例，并处理并发访问时的资源竞争问题。

一、单例模式

单例模式的核心目标是确保一个类在整个应用程序生命周期中仅存在一个实例对象。无论进行多少次实例化调用，最终返回的都是同一个对象引用。

二、应用场景

当系统全局只需要维护一个核心对象，且其他模块需通过该对象共享或获取信息时，单例模式尤为适用。典型场景包括：

系统全局配置信息对象
统一日志记录对象
数据库连接或操作对象
线程池管理对象

三、编码示例

1.单线程中的单例模式

方式一、重载类构造器

定义：

class Singleton(object):

    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = object.__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

使用：

if __name__ == '__main__':
    instance1 = Singleton()
    instance2 = Singleton()
    instance3 = Singleton()

    # 打印出 3 个实例对象的内存地址，判断是否相同。
    print(id(instance1))
    print(id(instance2))
    print(id(instance3))

方式二、实现单例装饰器

定义：

def singleton(cls):

    _instance = {}

    def _singleton(*args, **kargs):
        if cls not in _instance:
            _instance[cls] = cls(*args, **kargs)
        return _instance[cls]

    return _singleton

使用：

@singleton
class Singleton(object):
    """单例实例"""

    def __init__(self, arg1):
        self.arg1 = arg1

if __name__ == '__main__':
    instance1 = Singleton("xag")
    instance2 = Singleton("xingag")

    print(id(instance1))
    print(id(instance2))

2.多线程中的单例模式

方式三、重载具有线程锁的类构造器

在多线程环境下实现单例模式，必须在__new__ 方法内部引入threading.Lock() 同步锁机制，以防止多个线程同时创建实例导致的竞态条件。

定义：

class Singleton(object):

    _instance = None
    _instance_lock = threading.Lock()

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if cls._instance is None:
            with cls._instance_lock:
                cls._instance = object.__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

使用：

def task(arg):
    instance = Singleton()
    print(id(instance), '\n')

if __name__ == '__main__':
    for i in range(3):
        t = threading.Thread(target=task, args=[i, ])
        t.start()

到此这篇关于Python 设计模式创建型单例模式的文章就介绍到这了,更多相关Python 单例模式内容请搜索本站以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持本站！