单例模式

本课属于 Coddy PHP 学习旅程的“面向对象编程”单元。第 71 课，共 91 课。

单例模式是一种创建型设计模式，可确保一个类在应用程序的整个生命周期中只有一个实例。它还提供了一个全局访问点，用于访问该实例。

当你需要一个对象来协调整个系统中的操作时，这种模式很有用，例如数据库连接、配置管理器或日志记录器。创建多个这样的实例会浪费资源，或导致行为不一致。

下面介绍如何在 PHP 中实现单例：

<?php
class Database {
    private static ?Database $instance = null;
    
    private function __construct() {
        // 私有构造函数可防止直接创建实例
    }
    
    public static function getInstance(): Database {
        if (self::$instance === null) {
            self::$instance = new self();
        }
        return self::$instance;
    }
    
    public function query(string $sql): string {
        return "Executing: $sql";
    }
}

$db1 = Database::getInstance();
$db2 = Database::getInstance();

echo $db1 === $db2 ? "Same instance" : "Different instances";

输出：

Same instance

这种模式依赖三个关键元素：一个私有构造函数，用于阻止直接使用 new；一个静态属性，用于保存唯一实例；以及一个静态方法，用于在首次调用时创建实例，并在后续调用时返回该实例。

为了让 Singleton 真正万无一失，你还应该阻止克隆和反序列化：

<?php
private function __clone() {}
public function __wakeup() {
    throw new Exception("Cannot unserialize singleton");
}

挑战

简单

让我们使用单例模式构建一个配置管理器。在实际应用中，你通常需要一个统一的配置设置来源：存在多个配置对象可能会导致系统各处的行为不一致。

你将把代码分成两个文件：

Config.php：创建一个实现单例模式的 Config 类。你的配置管理器应当：
- 将设置存储在一个私有数组属性中
- 使用私有构造函数，并将设置数组初始化为空
- 提供一个静态 getInstance() 方法，用于返回唯一实例
- 将 __clone() 设为私有，防止克隆
- 包含一个 set(string $key, string $value): void 方法，用于存储设置
- 包含一个 get(string $key): ?string 方法，用于返回指定键对应的值；如果键不存在，则返回 null
- 包含一个 getAll(): array 方法，用于返回所有设置
main.php：引入 Config 文件。你会收到两个输入：一个键和一个值。
获取 Config 实例，并设置一个默认项，键为 "app_name"，值为 "MyApp"。

再次调用 getInstance()，获取 Config 实例的另一个引用，并使用这个引用，根据输入的键和值设置另一项。

最后，验证单例是否正常工作：
- 根据两个引用是否指向同一个对象，打印 "Same instance: true" 或 "Same instance: false"（使用 === 进行比较）
- 打印 "Settings count: [count]"，显示存储的设置总数（对 getAll() 的结果使用 count()）
- 打印 "App name: [value]"，显示通过第二个引用获取的 app_name 设置

这个挑战展示了单例模式的核心优势：无论你调用 getInstance() 多少次，得到的始终是同一个对象，从而确保应用的所有部分共享相同的配置状态。

亲手试试

<?php

require_once 'Config.php';

// 读取输入
$key = trim(fgets(STDIN));
$value = trim(fgets(STDIN));

// TODO: 获取 Config 实例，并将 "app_name" 设置为 "MyApp"

// TODO: 再次调用 getInstance()，获取 Config 的第二个引用

// TODO: 使用第二个引用，根据输入的 $key 和 $value 设置配置项

// TODO: 验证 Singleton 是否正常工作：
// 根据 === 比较结果，输出 "Same instance: true" 或 "Same instance: false"
// 输出 "Settings count: [count]"，显示配置项总数
// 输出 "App name: [value]"，显示通过第二个引用获取的 app_name

?>

自我测试

这节课包含一个小测验。开始学习即可作答，并记录你的进度。

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