背景

你是否听说过 Python 中的 单实例模式（Singleton Pattern）？，小编之前在阅读别人代码的时候曾经遇到过，一直不知道那段代码什么含义，后来在搜索资料时，才知道那段代码的含义是创建单实例，也正是从那之后，才知道这个名词 “单实例”，是 Python 中的一种设计模式，用大白话说就是类的实例对象在内存中只有一个

单实例模式代码

class Singleton:
    _instance = None
    
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

小编环境

import sys

print('python 版本：',sys.version.split('|')[0])
#python 版本： 3.11.11

借助大模型进行详细解释

首次创建实例对象时，类的属性 _instance = None，然后程序会进入 if 条件进行执行，重点语句：

cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
# cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs)

1. super(Singleton, cls) 的作用

super函数：用于获取父类（基类）的方法，继承父类，进行父类初始化的用法
参数含义：
- Singleton：当前类
- cls：当前类的引用（在类方法中，cls代表类本身）

这种写法明确指定了从Singleton类开始，在MRO(Method Resolution Order)中查找父类。在Python 3中可以简化为super()，但这种写法更清晰地展示了继承关系

2. .__new__(cls, *args, **kwargs)

调用父类的__new__方法：这是实际创建对象实例的关键步骤

super(Singleton, cls).__new__(cls) → 实际调用object.__new__(Singleton)

在 CPython（Python 的官方实现）中，object.__new__ 是用 C 语言实现的底层函数。它的核心工作是：

内存分配：为新对象分配适当的内存空间
对象初始化：设置对象的基本结构
返回原始对象：返回一个"空"的、未初始化的对象实例

object.__new__ 是底层实现，它不会触发 Python 层面的 __new__ 方法调用
当 object.__new__ 执行时：

它直接操作内存分配，不经过 Python 的方法查找机制
它是解释器内置的 C 函数，不是 Python 函数
它的工作就是创建原始对象，不会检查或调用任何 __new__ 方法

object.__new__(Singleton)的工作原理：

内存分配：为 Singleton 实例分配适当大小的内存
对象初始化：设置基本对象头（类型指针、引用计数等）
返回原始对象：返回一个"空"的、未初始化的对象实例

3. 返回赋值 cls._instance=
经过第2步之后，会将原始对象赋值给 cls._instance，其实是类在内存中的地址/指针，这样类的属性不再为None，后续如果再次创建实例时，直接返回第一次创建好的实例对象

单例模式的核心优点

节省内存资源：在内存中只有一个对象，避免了重复创建实例带来的内存浪费
减少系统开销：单例可长驻内存，避免频繁的创建和销毁对象，减少系统开销
全局访问点：提供一个全局访问点，允许在应用程序中轻松访问该唯一实例
数据同步控制：全局只有一个接入点，可以更好地进行数据同步控制，避免多重占用

单例模式的实际应用场景

日志记录器：应用程序通常只需要一个日志记录器实例，避免多个日志文件冲突
数据库连接池：数据库连接是稀缺资源，使用单例模式可以统一管理连接，避免资源浪费
配置管理：应用程序的全局配置通常只需要一个实例，保证配置的一致性，比如大模型在内存/GPU中只初始化一次，来处理所有的用户请求
缓存系统：全局缓存需要统一管理，避免多个缓存实例导致数据不一致

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Python 单实例模式详解