设计模式[创建型]04--单例模式(Singleton)

一、简介

单例模式,正如其名,允许我们创建一个而且只能创建一个对象的类。这在整个系统的协同工作中非常有用,特别明确了只需一个类对象的时候。

那么,为什么要实现这么奇怪的类,只实例化一次?

在很多场景下会用到,如:配置类、Session类、Database类、Cache类、File类等等。这些只需要实例化一次,就可以在应用全局中使用。

二、场景

1、提出问题

如果没有使用单例模式,会有什么样的问题?
如下是一个简单的数据库连接类,它没有使用单例模式:

class Database
{
    public $db = null;
    public function __construct($config = array())
    {
        $dsn = sprintf('mysql:host=%s;dbname=%s', $config['db_host'], $config['db_name']);
        $this->db = new PDO($dsn, $config['db_user'], $config['db_pass']);
    }
}

然后创建3个对象:

$config = array(
    'db_name' => 'test',
    'db_host' => 'localhost',
    'db_user' => 'root',
    'db_pass' => 'root'
);

$db1 = new Database($config);
var_dump($db1);
$db2 = new Database($config);
var_dump($db2);
$db3 = new Database($config);
var_dump($db3);

这种情况下,每当我们创建一个这个类的实例,就会新增一个到数据库的连接。开发者每在一个地方实例化一次这个类,就会在那里多一个数据库连接。不知不觉中,开发者就犯了个错误,给数据库和服务器性能带来巨大的影响。

上面的代码输入如下:

object(Database)[1]
  public 'db' => object(PDO)[2]
object(Database)[3]
  public 'db' => object(PDO)[4]
object(Database)[5]
  public 'db' => object(PDO)[6]

每个对象都分配一个新的资源ID,都是新的引用,它们占用3个的内存空间。如果有100个对象创建,就会占用内存中100块不同的空间,而其余99块并非是必须的。

2、解决问题

要解决这样的问题,我们可以控制住基类,在源头上限制这个类,使其无法生成多个对象,如果已经生成过,直接返回。

于是,我们的目标就是,控制数据库类,使其生成一次而且只能生成一次对象。

三、类结构

单例模式结构如下:

角色 简述
Singleton 一般是一个单例类或是接口

四、UML图

比如,我们需要管理一个数据库资源的类:

五、代码分析

如下就是单例模式连接数据库代码:

class Database
{
    // 声明$instance为私有静态类型,用于保存当前类实例化后的对象
    private static $instance = null;
    // 数据库连接句柄
    private $db = null;

    // 构造方法声明为私有方法,禁止外部程序使用new实例化,只能在内部new
    private function __construct($config = array())
    {
        $dsn = sprintf('mysql:host=%s;dbname=%s', $config['db_host'], $config['db_name']);
        $this->db = new PDO($dsn, $config['db_user'], $config['db_pass']);
    }

    // 这是获取当前类对象的唯一方式
    public static function getInstance($config = array())
    {
        // 检查对象是否已经存在,不存在则实例化后保存到$instance属性
        if(self::$instance == null) {
            self::$instance = new self($config);
        }
        return self::$instance;
    }

    // 获取数据库句柄方法
    public function db()
    {
        return $this->db;
    }

    // 声明成私有方法,禁止克隆对象
    private function __clone(){}
    // 声明成私有方法,禁止重建对象
    private function __wakeup(){}
}

再通过getInstance()方法使用类对象:

$config = array(
    'db_name' => 'test',
    'db_host' => 'localhost',
    'db_user' => 'root',
    'db_pass' => 'root'
);

$db1 = Database::getInstance($config);
var_dump($db1);
$db2 = Database::getInstance($config);
var_dump($db2);
$db3 = Database::getInstance($config);
var_dump($db3);

输出信息如下:

object(Database)[1]
  private 'db' => object(PDO)[2]
object(Database)[1]
  private 'db' => object(PDO)[2]
object(Database)[1]
  private 'db' => object(PDO)[2]

对比两个输出可以看出,单例模式中,不同对象获得的资源ID是一样的。也就是说,虽然我们用getInstance()获取Database类对象3次,其实引用的是一个内存空间,PDO也只连接了数据库一次。

以上的例子是数据库连接类,要使用数据库,在应用这样获得连接句柄:

$db = database::getInstance($config)->db();

如果是其他类,则按需要修改数据库相关的代码,单例实现部分保留。

六、特点

单例模式的特点是4私1公

  • 一个私有静态属性,构造方法私有,克隆方法私有,重建方法私有
  • 一个公共静态方法。

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