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PHP 設計模式深度解析：單例模式實作與演進

編輯：PHP 相關知識

單例模式確保某個類別在整個應用程式生命週期中「只有一個實例」，並提供全域存取點。常見用途：資料庫連線、日誌記錄器、配置管理器。本文從問題導向出發，對比 PHP 4 與 PHP 5/7/8 的實作差異，並探討現代最佳實踐。

一、核心問題與解決方案

問題：如何保證類別只被實例化一次，且易於存取？

方案：

將建構子設為 private，防止外部 new
提供靜態方法 getInstance() 回傳唯一實例
靜態屬性保存實例參考

二、PHP 4 時代的實作 (歷史參考)

PHP 4 無 private、靜態屬性不支援物件參考，需用全域變數或靜態陣列變通：

class DbConn {
    function DbConn($fromGetInstance = false) {
        if (M_E != $fromGetInstance) { // 簡易保護
            trigger_error('DbConn 是單例，請勿直接實例化');
        }
    }

    function &getInstance() {
        static $instance = [];
        if (!$instance) {
            $instance[0] =& new DbConn(M_E);
        }
        return $instance[0];
    }
}

呼叫方式：$conn =& DbConn::getInstance(); (需傳回參考)

三、PHP 5+ 現代標準實作

PHP 5 引入可見度關鍵字、統一建構子 __construct、靜態屬性支援物件，實作大幅簡化：

class DbConn {
    private static $instance = null;

    private function __construct() {
        // 初始化資料庫連線...
    }

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

    // 禁止反序列化
    public function __wakeup() {
        throw new Exception("不能反序列化單例");
    }

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

    // 業務方法
    public function query(string $sql) { /* ... */ }
}

關鍵點解析

private __construct：阻擋 new DbConn()
private __clone：阻擋 clone $db
__wakeup：阻擋 unserialize() 產生新實例
型別宣告 : self (PHP 7.4+) 提升程式碼可讀性與靜態分析能力

四、執行緒安全與多程序考量

PHP 通常運行於單執行緒環境 (mod_php, php-fpm)，單例在單一請求內自然安全。但若使用 Swoole、RoadRunner 等長驻程式模型，需注意：

單例實例會跨請求共享，可能導致資料洩漏
資料庫連線斷線需自動重連邏輯
考慮使用「請求範圍單例」或依賴注入容器管理生命週期

五、反模式警示與替代方案

單例常被濫用，缺點包括：

隱性相依，難以單元測試
全域狀態導致副作用難追蹤
違反單一職責原則 (同時負責建立與業務)

現代替代方案：

依賴注入 (DI) 容器：如 PHP-DI, Symfony DI, Laravel Container，註冊為 singleton 共享實例
服務定位器：集中管理服務實例
工廠模式：集中控制建立邏輯

六、實戰範例：PDO 資料庫連線單例

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

    private function __construct() {
        $dsn = "mysql:host=localhost;dbname=test;charset=utf8mb4";
        $this->pdo = new PDO($dsn, 'user', 'pass', [
            PDO::ATTR_ERRMODE => PDO::ERRMODE_EXCEPTION,
            PDO::ATTR_DEFAULT_FETCH_MODE => PDO::FETCH_ASSOC,
            PDO::ATTR_EMULATE_PREPARES => false,
        ]);
    }

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

    // 代理 PDO 方法
    public function __call(string $method, array $args) {
        return $this->pdo->$method(...$args);
    }
}

// 使用方式
$db = Database::getInstance();
$stmt = $db->prepare("SELECT * FROM users WHERE id = ?");
$stmt->execute([1]);
$user = $stmt->fetch();