PHP 設計模式實戰：單例模式完整實作與原理深度解析

單例模式確保一個類別在全域僅有一個實例，並提供全域存取點。常用於資料庫連線、配置管理、日誌記錄器等場景。本文從核心程式碼到原理逐層拆解。

標準單例實作

<?php
final class Database {
    private static ?self $instance = null;

    // 私有建構子，防止外部 new
    private function __construct() {
        // 實際連線邏輯：PDO、mysqli 等
    }

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

    // 禁止反序列化
    public function __wakeup() {
        throw new \Exception("Cannot unserialize singleton");
    }

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

    // 業務方法範例
    public function query(string $sql): array {
        // ...
        return [];
    }
}

// 使用方式
$db = Database::getInstance();
$db->query('SELECT 1');
?>

關鍵點逐行解析

1. final class：防止繼承破壞單例（子類別可建立多實例）。
2. private static $instance：靜態屬性儲存唯一實例，屬於類別而非物件。
3. private __construct()：封鎖 new Database()。
4. private __clone()：封鎖 clone $db。
5. __wakeup()：防止 unserialize() 重建實例。
6. getInstance()：延遲初始化，首次呼叫才建立實例，後續直接回傳。

進階：執行緒安全與依賴注入

PHP 單執行緒模型下上述寫法足夠。若使用 Swoole/RoadRunner 等多執行緒環境，需加入鎖機制：

public static function getInstance(): self {
    if (self::$instance === null) {
        $lock = Lock::acquire('db_singleton');
        if (self::$instance === null) { // Double-check
            self::$instance = new self();
        }
        $lock->release();
    }
    return self::$instance;
}

現代框架（Laravel、Symfony）傾向用服務容器管理單例生命週期，而非硬編碼單例類別，便於測試與解耦。