Python实现单例模式的5种方法详解与对比

远山来客

发布时间：2026-10-14 | 6人浏览过

原创

本文详细解析Python中实现单例模式的五种常见方式，包括classmethod装饰器、类装饰器、元类、模块导入以及重写__new__()方法。通过代码示例对比各方法的运行结果，重点指出前四种方法在特定条件下可能创建新对象，并非绝对单例，而重写__new__()方法能确保全局仅创建一次实例，适用于需要严格单例控制的场景。

classmethod装饰器实现单例

第一种方法利用classmethod装饰器来实现单例。


# 全局变量
ip = '192.168.13.98'
port = '3306'
class MySQL:
  __instance = None
 
  def __init__(self, ip, port):
    self.ip = ip
    self.port = port
 
  @classmethod
  def instance(cls, *args, **kwargs):
    if args or kwargs:
      cls.__instance = cls(*args, **kwargs)
    return cls.__instance
 
 
obj1 = MySQL.instance(ip, port)
obj2 = MySQL.instance()
obj3 = MySQL.instance()
print(obj1)
print(obj2, obj2.__dict__)
print(obj3, obj3.__dict__)

执行上述代码后的输出结果如下。

<main.MySQL object at 0x058D6F30> <main.MySQL object at 0x058D6F30> {'ip': '192.168.13.98', 'port': '3306'} <main.MySQL object at 0x058D6F30> {'ip': '192.168.13.98', 'port': '3306'}

类装饰器实现单例

第二种方法通过自定义类的装饰器来实现单例逻辑。


def singlegon(cls):
  _instance = cls(ip, port)
 
  def wrapper(*args, **kwargs):
    if args or kwargs:
      return cls(*args, **kwargs)
    return _instance
 
  return wrapper
 
 
@singlegon
class MySQL1:
  def __init__(self, ip, port):
    self.ip = ip
    self.port = port
 
 
obj1 = MySQL1()
obj2 = MySQL1()
obj3 = MySQL1('1.1.1.3', 8080)
print(obj1)
print(obj2, obj2.__dict__)
print(obj3, obj3.__dict__)

该方式运行后的具体输出结果如下。

<main.MySQL1 object at 0x04C102B0> <main.MySQL1 object at 0x04C102B0> {'ip': '192.168.13.98', 'port': '3306'} <main.MySQL1 object at 0x04C10310> {'ip': '1.1.1.3', 'port': 8080}

元类实现单例

第三种方法借助元类（metaclass）机制来保证单例。


class Mymetaclass(type):
  def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
    super().__init__(class_name, class_bases, class_dic)
    self.__instance = self(ip, port)
 
  def __call__(self, *args, **kwargs):
    if args or kwargs:
      obj = self.__new__(self)
      self.__init__(obj, *args, **kwargs)
      self.__instance = obj
    return self.__instance
 
 
class MySQL2(metaclass=Mymetaclass):
  def __init__(self, ip, port):
    self.ip = ip
    self.port = port
 
 
obj1 = MySQL2()
obj2 = MySQL2()
obj3 = MySQL2('1.1.1.3', 80)
print(obj1)
print(obj2, obj2.__dict__)
print(obj3, obj3.__dict__)

使用元类实现时的运行结果如下所示。

<main.MySQL2 object at 0x04D003B0> <main.MySQL2 object at 0x04D003B0> {'ip': '192.168.13.98', 'port': '3306'} <main.MySQL2 object at 0x04D003D0> {'ip': '1.1.1.3', 'port': 80}

模块导入实现单例

第四种方法利用Python模块导入的特性来实现单例，因为模块在Python中只会被加载一次。


# instance.py
 
class MySQL:
  def __init__(self, ip, port):
    self.ip = ip
    self.port = port
 
 
ip = '192.168.13.98'
port = 3306
instance = MySQL(ip, port)
 
 
# 测试代码
import os, sys
 
sys.path.append(os.path.dirname(os.path.dirname(__file__)))
from test import instance
 
 
obj1 = instance.instance
obj2 = instance.instance
obj3 = instance.MySQL('1.1.1.3', 80)
print(obj1)
print(obj2, obj2.__dict__)
print(obj3, obj3.__dict__)

通过模块导入方式实现的运行结果如下。

<day30.instance.MySQL object at 0x052B0AB0> <day30.instance.MySQL object at 0x052B0AB0> {'ip': '192.168.13.98', 'port': 3306} <day30.instance.MySQL object at 0x052B03F0> {'ip': '1.1.1.3', 'port': 80}

重写new()实现绝对单例

第五种方法通过重写类的__new__()魔术方法来实现单例。


class MySQL3(object):
  __instance = None
  __first_init = True
 
  def __init__(self, ip, port):
    if self.__first_init:
      self.ip = ip
      self.port = port
      self.__first_init = False
 
  def __new__(cls, *args, **kwargs):
    if not cls.__instance:
      cls.__instance = object.__new__(cls)
    return cls.__instance
 
obj1 = MySQL3(ip, port)
obj2 = MySQL3(ip, port)
obj3 = MySQL3('1.1.1.3', 80)
print(obj1)
print(obj2, obj2.__dict__)
print(obj3, obj3.__dict__)

重写__new__()方法后的运行结果如下。

<main.MySQL3 object at 0x059603F0> <main.MySQL3 object at 0x059603F0> {'ip': '192.168.13.98', 'port': '3306', '_MySQL3__first_init': False} <main.MySQL3 object at 0x059603F0> {'ip': '192.168.13.98', 'port': '3306', '_MySQL3__first_init': False}

需要注意的是，前四种方法虽然被称为实现了单例模式，但并非绝对单例。在上述示例中，如果调用时传入了参数，它们可能会创建新的对象实例。相比之下，第五种重写__new__()的方法属于绝对单例模式，能够确保全局范围内真正只创建一次对象实例。

以上内容详细阐述了Python实现单例模式的五种方法。如需了解更多关于Python单例模式的信息，建议参考本站其他相关文章。