单例【Singleton】

实例

饿汉式

注：java中饿单例模式性能 > 懒单例模式，c++中一般使用懒单例模式

优点

加载即创建，线程安全。

缺点

资源效率不高，可能getInstance()永远不会执行到，但执行该类的其他静态方法或者加载了该类(class.forName)，那么这个实例仍然初始化

// 饿汉式(java推荐, PHP不支持)
class Singleton
{
    /**
     * @var Singleton
     */
    private static Singleton $instance = new self; // PHP不支持这样写

    private function __construct()
    {
        // Do nothing
    }

    private function __clone()
    {
        // Do nothing
    }

    private function __wakeup()
    {
        // Do nothing
    }

    /**
     * @return Singleton
     */
    public static function getInstance(): Singleton
    {
        if $instance {
            self::$instance = new self;
        }
        return self::$instance;
    }
}

var_dumpgetInstance();
/*
class Singleton#1 (0) {
}
*/

懒汉式

优点

避免了饿汉式的那种在没有用到的情况下创建事例，资源利用率高，不执行getInstance()就不会被实例，可以执行该类的其他静态方法。

缺点

懒汉式默认不安全；加锁可保证安全，但会牺牲多线程性能。

4私1公

私有构造方法, 防止从类外部实例化
私有静态属性, 初始值null, 保存实例
私有克隆方法, 防止克隆
私有重建方法, 防止重建对象
公共的静态方法, 访问这个实例

class Singleton
{
    /**
     * 私有属性，用于保存当前类实例化后的对象
     * @var Singleton|null
     */
    private static ?Singleton $instance = null;

    // 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()
    {
    }

    // 私有方法，禁止克隆对象
    private function __clone()
    {
    }

    // 私有方法，禁止重建对象
    private function __wakeup()
    {
    }

    /**
     * 公共方法，这是获取当前类对象的唯一方式
     * @return Singleton|null
     */
    public static function getInstance(): ?Singleton
    {
        // 多个线程判断instance都为null时,
        // 在执行new操作时多线程会出现重复情况
        if $instance {
            self::$instance = new self;
        }

        return self::$instance;
    }
}

var_dumpgetInstance();

总结

单例模式，保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
单例模式因为Singleton类封装它的唯一实例，这样它可以严格地控制客户怎样访问以及何时访问它。简单地说就是对唯一实例的受控访问。

意图

保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。
何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。
如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。
关键代码：构造函数是私有的。

优点

节约资源： 系统内存中只有一个对象实例，提高性能，尤其适用于频繁创建/销毁或资源消耗大的对象。
受控访问： 对唯一实例提供受控的、唯一的访问方式。
伸缩性： 类自身控制实例化过程，方便调整。
避免多重占用： 有效避免对共享资源（如文件、连接池）的多重操作导致的问题。

缺点

不适用于变化对象： 如果对象状态在不同场景下需要变化，单例会导致数据错误。
扩展困难： 缺乏抽象层，难以扩展。
潜在问题： 滥用（如连接池溢出）或长时间未用被系统回收（状态丢失）。
线程安全： 懒汉式单例在多线程环境下需特别注意，需要互斥锁来防止创建出多个实例。
反射破坏： 反射可以直接创建新的实例，破坏单例。
不能继承： 大多数单例模式（如饿汉/懒汉）构造器私有，不能被继承。

使用场景

适用于需要频繁使用、创建耗时/耗资源，且对象必须是唯一共享的场合。

共享资源管理： 日志文件、应用配置、数据库连接池、线程池。
系统级对象： 任务管理器、回收站、文件系统、网站计数器。
有状态的工具类。

注意事项

1. 线程安全问题 (并发创建)

问题核心： 多个线程可能同时判断实例不存在，导致并发创建出多个实例，违反单例原则（主要发生在懒汉式）。
解决方案： 使用互斥锁/同步机制（如 synchronized）锁定实例创建过程。
代价： 互斥锁会降低效率/性能。

2. 反射攻击

风险： 即使构造方法是私有的，反射机制也能调用私有构造器，从而强制实例化一个新的对象，破坏单例。
规避： 在私有构造器内部添加逻辑（如抛出异常），防止通过反射二次创建。

3. 继承限制

原因： 经典的懒汉式和饿汉式单例模式都要求构造方法是私有的 (private)。
结果： 私有构造方法导致类不能被继承。
例外： 某些模式（如登记式单例）允许被继承。