概要

**シングルトンパターン（Singleton Pattern）**は、
「あるクラスのインスタンスが常に1つであること」を保証する設計手法。

設定管理、ログ出力、接続プールなど、状態の一貫性が求められる場面で有効だが、
誤用すればテスト困難・密結合・副作用の温床ともなる。

本稿では Python におけるシングルトンの正統実装と、
適用判断の観点を洗練された設計思考として整理する。

1. シングルトンとは何か？

特定のクラスのインスタンスは「1つだけ」
再生成は同一インスタンスを返す
グローバル状態に依存する処理に利用

2. Pythonにおける典型的な実装方法

✅ クラス変数によるインスタンス制御（最もシンプル）

class Singleton:
    _instance = None

    def __new__(cls):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance

a = Singleton()
b = Singleton()
assert a is b  # True

__new__() によって生成タイミングを制御
1度目は生成、2度目以降は同一インスタンスを返す

✅ デコレータで実現するシングルトン

def singleton(cls):
    instances = {}
    def get_instance(*args, **kwargs):
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return instances[cls]
    return get_instance

@singleton
class Config:
    ...

→ 呼び出しインターフェースは通常のクラスと変わらず、設計に柔軟性を与える

✅ モジュールレベルでの自然なシングルトン（Pythonらしい）

# config.py
settings = {
    "DEBUG": True,
    "DB_HOST": "localhost"
}

# app.py
from config import settings

→ Pythonではモジュールは一度しかロードされない
→ 実質的にシングルトンと同じ振る舞いを実現できる

3. シングルトンの使用が適切なケース

設定オブジェクト：全体で一貫した設定状態を保持したい場合
ログライター：ファイルや出力先の共有
接続プール・キャッシュ管理：高コストな初期化の回避

4. シングルトンの危険性とその回避法

問題点	説明
密結合になる	多数の箇所が同じオブジェクトに依存する
テストが困難	ステートフルでモック・再生成が難しい
状態汚染が起きやすい	副作用が蓄積されやすい

✅ 解決アプローチ

**DI（依存性注入）**により切り替え可能性を確保
明示的なライフサイクル管理で使用範囲を制限
テスト時は reset() メソッドや clear() などで状態を初期化

5. 実務でのベストパターン

✅ 設定クラスとしての応用

class AppConfig:
    _instance = None

    def __new__(cls):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = super().__new__(cls)
            cls._instance.env = "development"
            cls._instance.debug = True
        return cls._instance

→ 設定変更が即座に全体へ反映される

✅ ログ管理

class Logger:
    _instance = None

    def __new__(cls, filepath="log.txt"):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = super().__new__(cls)
            cls._instance.filepath = filepath
        return cls._instance

    def log(self, message):
        with open(self.filepath, "a") as f:
            f.write(message + "\n")

結語

シングルトンは、インスタンスの一意性という設計原則をコードで保証する構造である。

Pythonでは多様なシングルトン実装が可能
状態の共有と制御を両立するためには、設計意図の明示とテスト性の担保が鍵
オブジェクトの数を制御することは、構造と振る舞いの境界線を定義すること

Pythonicとは、“明示的に振る舞いを制限する設計の美学”であり、
シングルトンはその表現の1つに過ぎないが、極めて有力な武器である。