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。

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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。

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2. 单例模式的实现步骤

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

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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)
?>

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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。

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5. 单例模式的应用场景

1. 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)
   ?>

2. 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
   ?>

3. 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.');
   ?>

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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。

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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;
    }
}
?>