docs(design-patterns): add singleton

docs/design-patterns/creational/singleton.md

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+# 单例模式
+**单例模式**确保了类实例化对象的唯一性，即在同一时间只能有一个类的实例存在。
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+## 结构
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+![单例模式示意图](https://refactoringguru.cn/images/patterns/diagrams/singleton/structure-zh.png?id=207b153c1abb131ee4eb37dee6097e60)
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+为确保不产生更多的实例，单例模式通常会将类的构造函数设为私有，以防止外部代码直接实例化对象。同时，单例模式会提供一个静态方法，用于获取类的唯一实例。
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+## 应用场景
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+- 当某个类只应存在一个实例时
+- 跨越整个应用程序的某些对象需要共享数据
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+## 优缺点
+单例模式非常具有争议性。一方面，它为全局变量提供了一个优雅的解决方案；另一方面，它也可能会导致代码的耦合性增加，同时导致不便测试的情况。
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+### 优点
+- 可以保证类只有一个实例
+- 某些情况下可以跨组件获取共享对象
+- 初始化一次，多次使用
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+### 缺点
+- 违反了**单一职责原则**，类同时负责自身的职责和管理自己的实例
+- 可能无意间增加不同组件间的耦合性
+- 多线程环境下需要额外注意以避免多次实例化
+- **单例类难以被模拟，因此可能会导致测试困难**
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+:::info
+有关单例模式与测试，可参见：
+- [Singletons are Pathological Liars](https://testing.googleblog.com/2008/08/by-miko-hevery-so-you-join-new-project.html)
+- [TotT: Using Dependancy Injection to Avoid Singletons](https://testing.googleblog.com/2008/05/tott-using-dependancy-injection-to.html)
+
+:::
+
+## 代码示例
+以下代码以现实中的美国总统为例，展示了单例模式的实现。
+
+:::info
+
+在 Python 中，由于不能直接使用私有构造函数，因此我们使用元类来实现单例模式。通过元类拦截对类的实例化，我们可以确保一个类只有一个实例。
+
+:::
+
+```python
+# [x] Pattern: Singleton
+# Ensure a class has only one instance and provide a global point of access to it
+
+# Why we use it
+# To maintain a single instance of a class and to provide a global point of access to that instance
+
+from dataclasses import dataclass
+
+
+# Using metaclass in Python to implement singleton elegantly
+class Singleton(type):
+    _instances = {}
+    def __call__(cls, *args, **kwargs):
+        if cls not in cls._instances:
+            cls._instances[cls] = super(Singleton, cls).__call__(*args, **kwargs)
+        return cls._instances[cls]
+
+@dataclass
+class President(metaclass=Singleton):
+    name: str
+
+    def __str__(self):
+        return self.name
+
+def main():
+    president = President("George Washington")
+    print(president)
+    president2 = President("Donald Trump") # This should not change the president to Donald Trump
+    print(president2)
+    assert president is president2
+
+if __name__ == '__main__':
+    main()
+```