23｜空前绝后，一劳永逸：Once同步原语

鸟窝

你好，我是鸟窝。
在前面两节课中，我们学习了互斥锁（Mutex）和读写锁（RwLock）这两种同步原语。今天我们来介绍另一个重要的同步原语，Once 以及 OnceLock 和 LazyLock。
Once
Once 是一个轻量级的同步原语，它的主要作用是确保某段代码在程序整个生命周期只执行一次。这在初始化全局变量或者实现单例模式时特别有用。
Once 的特点是：
一次性执行：Once 确保初始化代码只会执行一次，即使在多线程环境下也是如此。
线程安全：多个线程可以同时尝试执行初始化，但只有一个线程会成功执行。
同步等待：其他线程会等待初始化完成后才继续执行。
零开销：一旦初始化完成，后续的检查几乎没有性能开销。
先前 Rust 的标准库中仅此一种“执行一次”的同步机制，后来才添加了 OnceLock 和 lazyLock。
Once 的使用方法如下：
use std::sync::{Once, Arc};
use std::thread;
static mut RESOURCE: Option<i32> = None;
static INIT: Once = Once::new();
// 获取资源
fn get_resource() -> i32 {
    INIT.call_once(|| { // 只初始化一次
        unsafe {
            RESOURCE = Some(42); // 初始化资源
        }
        println!("资源初始化完成, by thread {:?}", thread::current().id());
    });
    unsafe { RESOURCE.unwrap() }
}
fn main() {
    let mut handles = vec![];
    for _ in 0..5 {
        let handle = thread::spawn(move || {
            let value = get_resource();
            println!("线程 {:?}, 获取资源: {}", thread::current().id(), value);
        });
        handles.push(handle);
    }
    for handle in handles {
        handle.join().unwrap();
    }
}

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解释
总结

1. Rust中提供了三种线程安全的初始化一次的数据类型：`Once`、`OnceLock` 和 `LazyLock`。 2. `Once` 是一种轻量级的同步原语，用于确保某段代码在程序的整个生命周期内只执行一次，特别适用于初始化全局变量或实现单例模式。 3. `OnceLock` 是一个线程安全的 `OnceCell`，提供了更丰富的初始化和访问方法，适用于静态变量的初始化。 4. `LazyLock` 是一个线程安全的 `LazyCell`，专注于延迟初始化，允许在首次访问时才执行初始化闭包，适用于静态变量和局部变量。 5. 这三种同步原语都用于确保代码只执行一次，或在首次访问时初始化，具有线程安全的特性，适用于多线程环境。 6. `Once` 提供了更细粒度的控制，而 `OnceLock` 和 `LazyLock` 则提供了更高级别的抽象，简化了常见用例。 7. `LazyLock` 还提供了延迟初始化的特性，使得复杂结构的初始化更加方便。 8. 这三种同步原语的使用可以简化全局变量的定义和访问，确保线程安全，避免资源重复初始化。 9. `Once` 在多线程环境下能保证线程安全，但如果初始化闭包发生 panic，实例会进入“中毒”状态，导致后续调用也发生 panic。 10. `OnceLock` 提供了更方便的线程安全的单次初始化，适用于需要一次性执行的场景，能够确保全局变量的初始化只执行一次。

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