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Singleton Pattern，PHP 單例模式

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簡介

在這篇文章中將深入探討 Singleton Pattern（單例模式）在 PHP 中的實作和應用。我們會從基礎概念開始，然後透過一個以咖啡為主題的實際範例來說明如何使用 Singleton Pattern。文章的目的是讓讀者不僅了解 Singleton Pattern 的理論，還能掌握其實際應用。

什麼是 Singleton Pattern

Singleton Pattern 是一種設計模式，用於確保一個類別只有一個實例，並提供一個全域存取點來存取它。

這是一個基本的 Singleton Pattern 的類別圖：

想像您走進一家咖啡店，這家咖啡店只有一台咖啡機。不論有多少人來買咖啡，都必須使用這台唯一的咖啡機。這台咖啡機就像是一個 Singleton，所有人都使用同一個實例。

什麼狀況適合使用 Singleton Pattern

在許多情境下，我們需要確保某個類別只有一個實例。例如，如果您有一個用於管理資料庫連線的類別，則通常只需要一個資料庫連線，而不是每次需要時都建立一個新的連線。這樣可以節省資源，提高效能。Singleton Pattern 就是為這種需求而生的。

範例教學

這個範例會以咖啡為主題來說明如何使用 Singleton Pattern。

原始範例，未使用 Singleton

這裡先建立一個 CoffeeMaker 類別，但不使用 Singleton Pattern。

<?php
class CoffeeMaker {
    public function brew() {
        echo "Brewing coffee...\n";
    }
}

// 建立多個 CoffeeMaker 實例
$coffeeMaker1 = new CoffeeMaker();
$coffeeMaker2 = new CoffeeMaker();

$coffeeMaker1->brew();
$coffeeMaker2->brew();
?>

缺點

  1. 資源浪費：每次都會建立一個新的 CoffeeMaker 實例。
  2. 無法控制：無法確保只有一個 CoffeeMaker 實例。

改善範例，使用 Singleton

接下來，我們將使用 Singleton Pattern 來改進 CoffeeMaker 類別。

<?php
class CoffeeMaker {
    private static $instance;

    private function __construct() {
        // 私有建構函數以防止外部建立實例
    }

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

    public function brew() {
        echo "Brewing coffee...\n";
    }
}

// 使用 Singleton 實例
$coffeeMaker1 = CoffeeMaker::getInstance();
$coffeeMaker2 = CoffeeMaker::getInstance();

$coffeeMaker1->brew();
$coffeeMaker2->brew();
?>

優點

  1. 資源節省：確保只有一個 CoffeeMaker 實例。
  2. 全域存取：可以從任何地方存取這個單一實例。

更多延伸範例

在這個延伸範例中，將新增一個 clean() 方法來清潔咖啡機。

<?php
class CoffeeMaker {
    // ... (其他程式碼不變)

    public function clean() {
        echo "Cleaning the coffee machine...\n";
    }
}

// 使用 Singleton 實例
$coffeeMaker = CoffeeMaker::getInstance();
$coffeeMaker->brew();
$coffeeMaker->clean();
?>

這樣，我們就可以輕鬆的只清潔一台咖啡機，而不用清潔一大堆咖啡機。

其他類似的 Design Pattern

除了 Singleton Pattern，還有其他一些設計模式也可以用於管理資源和實例，例如 Factory Pattern 和 Builder Pattern。這些模式各有其用途和優缺點。Factory Pattern 適用於需要建立多種類型的物件時，而 Builder Pattern 則適用於需要逐步建置物件的情況。

Design Pattern主要用途優點缺點
Singleton管理單一實例資源節省可能造成全域狀態
Factory建立多種物件靈活性高複雜性增加
Builder逐步建置物件易於維護需要更多的類別和方法

參考來源

  1. Singleton Pattern – Wikipedia
  2. PHP Object-Oriented Programming