シングルトン モードとは、ソフトウェア設計の手法で、特定のクラスが何度インスタンス化されても、常に同じメモリ アドレスを指すようにするものです。この手法により、1つのクラスから 1つのオブジェクトのみが生成されます。
1. モジュールのインポートを活用した方法
基本的な仕組み：Python モジュールをインポートすると、そのモジュールのコードが一度だけ実行され、名前空間がメモリにロードされます。再インポート時には、同じ名前空間が使用されるため、クラスのインスタンスも共有されます。
コード例：
# singleton_module.py
class MySingleton:
pass
my_instance = MySingleton()
# main.py
import singleton_module
obj_a = singleton_module.my_instance
obj_b = singleton_module.my_instance
print(obj_a is obj_b) # 結果：True
2. __new__ メソッドをオーバーライドした方法
コード例：
class Singleton:
_instance = None
def __init__(self, value):
self.value = value
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if not cls._instance:
cls._instance = super().__new__(cls)
return cls._instance
s1 = Singleton(100)
s2 = Singleton(200)
print(s1.value) # 結果：100
print(s2.value) # 結果：100
print(id(s1) == id(s2)) # 結果：True
3. デコレータを活用した方法
コード例：
def singleton_decorator(cls):
instances = {}
def wrapper(*args, **kwargs):
if cls not in instances:
instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
return instances[cls]
return wrapper
@singleton_decorator
class MyService:
def __init__(self, name):
self.name = name
service1 = MyService('ServiceA')
service2 = MyService('ServiceB')
print(service1.name) # 結果：ServiceA
print(service2.name) # 結果：ServiceA
print(id(service1) == id(service2)) # 結果：True
4. マルチスレッド対応のシングルトン
__new__ メソッドを改良し、ロック機構を導入することでマルチスレッド環境下でもシングルトンを維持します。
コード例：
import threading
class Singleton:
_instance = None
_lock = threading.RLock()
def __init__(self):
pass
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if cls._instance:
return cls._instance
with cls._lock:
if not cls._instance:
print('Creating new instance')
cls._instance = super().__new__(cls)
return cls._instance
obj1 = Singleton()
obj2 = Singleton()
print(id(obj1) == id(obj2)) # 結果：True
5. メタクラスを活用した方法
Python のメタクラスである type を拡張し、インスタンス生成を制御します。
コード例：
class SingletonMeta(type):
def __init__(cls, name, bases, attrs):
super().__init__(name, bases, attrs)
cls._instance = None
def __call__(cls, *args, **kwargs):
if not cls._instance:
with threading.RLock():
if not cls._instance:
cls._instance = super().__call__(*args, **kwargs)
return cls._instance
class MySingleton(metaclass=SingletonMeta):
pass
class AnotherSingleton(MySingleton):
pass
obj1 = AnotherSingleton()
obj2 = AnotherSingleton()
print(id(obj1) == id(obj2)) # 結果：True