大家寫程式的時候，有沒有遇過這樣的情況呢？
有某一種資源，經常被使用，而且每次使用前都要做初始化，比如說資料庫，每次使用前都要設定連線；或是，有些資源如果被重複使用，會造成一些問題，例如同樣以資料庫為例，多次的連線，會影響效能。
如果大家也有這樣的困擾，那本篇將要介紹的單例模式 Singleton Pattern 就是被設計出來解決這個問題的，有興趣的讀者可以繼續往下閱讀哦。
什麼是Singleton Pattern ？它的定義是：
負責進行某一類別的物件創建，並且確保這個類別最多只能有一個物件被創建。
我們先把定義放在心上就好，我們會透過重構範例程式碼來說明這是什麼意思。
範例
NOTE: 本篇範例程式碼皆為 PHP。
我們實作一個簡單的資料庫類別 Class Database：
class Database
{
protected $host = "0.0.0.0";
public function __construct()
{
}
public function setHost($host)
{
$this->host = $host;
}
public function getHost()
{
return $this->host;
}
}
假設我們有兩個類別 HomePageController 及 UserPageController 需要使用到資料庫：
class HomePageController
{
protected $database = null;
public function prepare()
{
$this->database = new Database;
$this->database->setHost('127.0.0.1');
}
public function get()
{
$this->database->get(...);
}
}
class UserPageController
{
protected $database = null;
public function prepare()
{
$this->database = new Database;
$this->database->setHost('127.0.0.1');
}
public function get()
{
$this->database->get(...);
}
}
$homePageController = new HomePageController();
$homePageController->prepare();
$homePageController->get();
$userPageController = new UserPageController();
$userPageController->prepare();
$userPageController->get();
Database 每次使用前都需要進行初始化設定，因此兩個類別分別需要在自己的 prepare 中設定資料庫連線，接著再透過 get 去資料庫拿資料。
隨著使用 Database 的類別越來越多，這樣的設定會到處分散，難以管理，而另一個問題是，程式會會對資料庫做多次連線，進而降低執行效率。
為了改善這樣的問題，我們將使用 Singleton Pattern 進行重構。
使用 Singleton Pattern 重構
我們直接使用 Singleton Pattern 將 Class Database 進行重構。
class Database
{
protected static $instance = null;
protected $host = "0.0.0.0";
private function __construct()
{
}
public function setHost($host)
{
$this->host = $host;
}
public function getHost()
{
return $this->host;
}
static public function getInstance()
{
if (is_null(self::$instance)) {
self::$instance = new self();
}
return self::$instance;
}
}
這段程式碼就是重構後的結果，確實看起來跟原本很像，最主要的差異是新增了 getInstance 方法，以及將建構子 __construct 的可見度修改為不對外公開的 private 。
當建構子變成不公開的時候，外界將沒辦法使用 new 關鍵字來實體化該類別。我們透過這樣的方式，來避免開發者到處實體化 Database。因此執行 new Database; 會得到這樣的錯誤訊息：
PHP Fatal error: Uncaught Error: Call to private Database::__construct()
如果沒辦法自行實體化，那想要使用 Database 該怎麼辦？別擔心，這就是為什麼我們新增了 getInstance 方法。使用方式像這樣：
Database::getInstance();
接著先解釋一下運作的方式，如果對 PHP static 用法熟悉的人，可以跳過。
稍微說明 Static 用法
getInstance 被宣告為 static 靜態方法，靜態方法屬於類別本身，因此不需要 new 一個物件出來就可以使用，而是透過 Scope Resolution Operator (::) 來使用呼叫靜態方法，而$instance 也被宣告成 static， 代表它是靜態屬性 (static properties) ，同樣也可以透過 :: 來使用它。
因為靜態方法或屬性不需要物件就可以被呼叫，所以在類別內需要用到他們時，不使用 $this，而是使用 self ，在一般情況下，self 代表的是這個類別自己，這邊的話就是Database 這個類別，因此 self::$instance 指的其實是 Database::$instance，同理，new self() 等同於 new Database()。
static public function getInstance()
{
if (is_null(self::$instance)) {
self::$instance = new self();
}
return self::$instance;
}
了解 static 後，可以重新回來看一下 getInstance() 的內容，它會先檢查 self::$instance 是否已經存在，如果不存在，則 new 出一個 Database ，並指派給 self::$instance ，最後再回傳 self::$instance 也就是 Database 物件 (object) 。
Singleton Pattern 使用方式
我們修改了前面範例的 HomePageController 及 UserPageController ，移除了 prepare，並修改get方法：
class HomePageController
{
public function get()
{
Database::getInstance()->get(...);
}
}
class UserPageController
{
public function get()
{
Database::getInstance()->get(...);
}
}
// 設定
Database::getInstance()->setHost('127.0.0.1');
$homePageController = new HomePageController();
$homePageController->get();
$userPageController = new UserPageController();
$userPageController->get();
靜態方法跟成員都是跟著類別本身，因此不管在哪裡呼叫 Database::getInstance() 拿到的都會是同一個 Database 物件，也就是說，只要設定一次，其他地方就會使用同樣的設定。
在範例中，我們在呼叫 HomePageController 及 UserPageController 之前就設定好了 Database，因此它們不需要在自己設定一次，也就不需要 prepare 了，可以在 get 中直接使用。
這麼一來就解決了前面提到的兩個問題，不用到處設定，也不會有重複地連線。
單例模式 Singleton Pattern 討論
複習一下一開始所提到的，Singleton Pattern 的定義：
負責進行某一類別的物件創建，並且確保這個類別最多只能有一個物件被創建。
為了達到這個目的，我們將類別本身的建構子隱藏起來，並提供一個靜態方法供外界使用，由這個靜態方法來處理物件的創立，而這樣的特性，適合用在共享性的資源上，例如範例中的資料庫，或快取伺服器等等。
Singleton Pattern 是反模式 (anti-pattern) 嗎？
實作 Singleton Pattern 後可以透過類別的靜態方法取得物件，但這樣的一個物件，其實幾乎等同於全域變數 (global variables) ，全域變數對於大多數開發者來說都是一場可怕的噩夢，很多時候大家都盡可能地避免使用全域變數，
而 Singleton Pattern 跟全域變數十分像似的特性，讓部分人認為它是個反模式。
所以不該使用 Singleton Pattern 嗎？
我個人認為，Singleton Pattern 利用物件導向的特性來實作，相較於完全赤裸的全域變數而言，沒有那麼脆弱，因此在一些特定的情況中，還是適用的。但是任何模式再怎麼好用都需要控管，尤其是這樣的模式，更要小心不要濫用。
曾遇過一位工程師，他因為不想到處 new 物件，便將所有的類別都套用 Singleton Pattern，因為這樣的理由而使用 Singleton 就不是那麼正確了。
參考