PHP 单例模式详解与实战

单例模式（Singleton Pattern）是软件设计中的一种常用模式，它确保一个类在整个应用中只有一个实例，同时提供全局访问点。单例模式广泛应用于日志记录、数据库连接、配置管理等场景。

1. 单例模式简介

定义：单例模式是一种创建型设计模式，它确保某个类只有一个实例，并且提供一个访问该实例的全局方法。
特点：
唯一性：单例类只能有一个实例。
全局访问点：提供一个静态方法，用于获取实例。
延迟加载：在首次访问时才创建实例。

2. 单例模式的实现步骤

私有化构造函数：防止外部通过 new 创建实例。
私有化克隆方法：禁止对象被克隆。
创建静态属性存储实例：用于保存类的唯一实例。
提供静态方法获取实例：确保实例的唯一性。

3. PHP 单例模式实现

以下是单例模式的完整代码示例：

<?php

class Singleton {
    // 静态属性，存放唯一实例
    private static $instance = null;

    // 私有化构造函数，禁止外部实例化
    private function __construct() {
        echo "Instance created." . PHP_EOL;
    }

    // 禁止克隆对象
    private function __clone() {}

    // 禁止反序列化
    private function __wakeup() {}

    // 静态方法，提供全局访问点
    public static function getInstance() {
        if (self::$instance === null) {
            self::$instance = new self();
        }
        return self::$instance;
    }
}

// 测试单例模式
$instance1 = Singleton::getInstance(); // 输出: Instance created.
$instance2 = Singleton::getInstance();

var_dump($instance1 === $instance2); // 输出: bool(true)
?>

4.代码解析

private static $instance

用于存储单例对象。初始值为 null。
private function __construct()

将构造函数私有化，阻止外部直接创建对象。
public static function getInstance()

静态方法，负责检查并创建实例。如果实例不存在（null），则创建实例；否则返回已有实例。
private function __clone() 和 private function __wakeup()

分别禁止克隆和反序列化，确保实例唯一性。

5. 单例模式的应用场景

数据库连接
数据库连接通常只需要一个实例，使用单例模式可以避免重复创建连接。

<?php

class Database {
 private static $instance = null;
 private $connection;

 private function __construct() {
     // 创建数据库连接
     $this->connection = new PDO('mysql:host=localhost;dbname=test', 'root', '');
 }

 public static function getInstance() {
     if (self::$instance === null) {
         self::$instance = new self();
     }
     return self::$instance;
 }

 public function getConnection() {
     return $this->connection;
 }
}

// 测试
$db1 = Database::getInstance()->getConnection();
$db2 = Database::getInstance()->getConnection();

var_dump($db1 === $db2); // 输出: bool(true)
?>

配置管理
在项目中，配置通常是全局共享的，使用单例模式可以确保配置管理的一致性。

<?php

class Config {
 private static $instance = null;
 private $settings = [];

 private function __construct() {}

 public static function getInstance() {
     if (self::$instance === null) {
         self::$instance = new self();
     }
     return self::$instance;
 }

 public function set($key, $value) {
     $this->settings[$key] = $value;
 }

 public function get($key) {
     return $this->settings[$key] ?? null;
 }
}

// 测试
$config = Config::getInstance();
$config->set('app_name', 'My Application');
echo $config->get('app_name'); // 输出: My Application
?>

日志记录
日志记录器需要全局访问，但避免多次实例化。

<?php

class Logger {
 private static $instance = null;

 private function __construct() {}

 public static function getInstance() {
     if (self::$instance === null) {
         self::$instance = new self();
     }
     return self::$instance;
 }

 public function log($message) {
     echo "[LOG]: $message" . PHP_EOL;
 }
}

// 测试
Logger::getInstance()->log('This is a log message.');
Logger::getInstance()->log('This is another log message.');
?>

6. 单例模式的优缺点

优点：
节省资源：避免重复创建对象，节省内存。
全局访问点：简化对象管理，提高代码可维护性。
实现简单：代码实现容易理解和扩展。
缺点：
多线程问题：在多线程环境中，需要注意线程安全（如PHP的WebSocket或CLI多线程）。
隐藏依赖：由于实例是静态获取，可能导致代码难以测试和维护。
全局状态：可能引入难以追踪的全局状态。

7. 多线程环境中的单例

在多线程环境下，单例模式需要通过加锁机制确保线程安全：

<?php

class ThreadSafeSingleton {
    private static $instance = null;
    private static $lock = false;

    private function __construct() {}

    public static function getInstance() {
        if (self::$instance === null) {
            // 加锁，确保线程安全
            if (!self::$lock) {
                self::$lock = true;
                self::$instance = new self();
                self::$lock = false;
            }
        }
        return self::$instance;
    }
}
?>

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