深入解析PHP單例模式

一、什麼是PHP單例模式

單例模式是一種常用的軟件設計模式，它保證某一個類只有一個實例，而且自行實例化並向整個系統提供這個實例。單例模式的實現很簡單，只需要將類的構造方法設為私有，這樣該類就無法在外部被實例化，再創建一個靜態的方法作為實例化該類的入口。

class Singleton
{
    private static $instance = null;

    private function __construct()
    {

    }

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

        return static::$instance;
    }
}

上面代碼中，$instance是當前類的實例，使用getInstance()方法得到實例，若還沒有存在實例，new一個實例然後返回。由於每次返回的均為同一實例，故稱單例。PS：這裡我們採用了static來實現一些靜態綁定的操作，讓單例類適用於面向對象和繼承特性。如果你對於static關鍵字不熟悉，建議先查看與學習。

二、PHP單例模式的優點

單例模式具有以下優點：

1. 節省內存空間： 如果全局變量在某個時刻不再使用，但其仍然佔據着內存空間，如果這個全局變量被賦值為NULL或者是Session中某個變量刪除了這個變量，此時它在內存中佔用的空間並沒有被釋放。而單例模式的實例在全局只需保存一次，對於頻繁使用的對象可以大大節省內存空間。

2. 簡化調用： 單例模式使得代碼調用更加方便，而不必擔心實例化問題。單例模式的每個請求獲得同一個對象實例，節省了資源。

3. 保證數據一致性： 在程序運行期間，單例模式可以保證內存中只有一個對象，可以很好地控制實例化次數，從而保證數據的一致性。

三、PHP單例模式的缺點

單例模式雖然便捷，但有時會給我們帶來一些問題：

1. 開銷大： 大部分情況下，單例模式的性能要比普通實例化的開銷要大，這主要是由於在調用其getInstance()方法時，必須先檢查是否存在一個實例並進行實例化，從而讓實例化過程變慢。

2. 修改困難： 在一個系統中，單例的優勢變得明顯，但是當一個系統需要許多單例類時，修改成本會變得更高。因為所有使用該單例類的代碼都需要改動。

3. 不利於測試： 單例模式跟全局變量很像，都是不受控制的！由於單例模式限制了構造函數（如果Singleton類被禁止以常規方式進行實例化），這使得單例模式變得難以測試。它們很難被mock或者替換為另一個因為很難保證測試是否與實際代碼可以正常運行，這使得測試變得困難。

四、什麼時候適合用PHP單例模式

1. 數據庫連接： PHP的數據庫連接需要較長時間，使用單例模式可以減少連接時間和不必要的流量。

2. 日誌文件： 多人開發過程中，如果頻繁輸出同一個文件，會導致系統不斷地鎖定和釋放文件，造成很大的系統性能消耗。使用單例模式可以避免多次打開同一文件。

3. 只需一個對象實例： 如果在程序中只需要一個對象，那麼使用單例模式可以減小開銷。

五、PHP單例模式的應用場景

PHP單例模式廣泛用於數據處理和資源管理方面，這裡我們來介紹兩個典型的應用場景。

1、數據庫連接池

為了避免頻繁開啟數據庫連接和釋放數據庫連接，很多開發人員選擇使用數據庫連接池來管理數據庫連接。連接池是一種典型的單例模式。在連接池中，只有一個對象實例，可以重複使用該實例。

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

    private function __construct()
    {
        $this->connection = new PDO('mysql:host=localhost;dbname=test', 'user', 'password');
    }

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

        return static::$instance;
    }

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

上面代碼中，getInstance()方法用於獲取DatabaseConnection類的唯一實例，getConnection()方法用於獲取數據庫連接對象。

2、配置信息

PHP的配置信息經常需要被修改，所以使用單例模式將配置信息存儲在內存中，並注入到應用程序中，可以方便地在應用程序中使用配置信息。

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

    private function __construct()
    {
        $this->config = parse_ini_file('config.ini');
    }

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

        return static::$instance;
    }

    public function get($key)
    {
        if (isset($this->config[$key])) {
            return $this->config[$key];
        }

        return false;
    }
}

上面代碼中，getInstance()方法用於獲取Config類的唯一實例，get()方法用於獲取配置信息。

六、小結

相對於常規對象生成方式，在某些場合，單例模式的優點尤為突出。PHP單例模式解決了一些常見問題，但亦會帶來新問題，需細心思考，做出最實用、高效的代碼設計。

全文源碼已放置於Github倉庫，歡迎批評指正！