面试题：Rust OnceCell在多线程环境下的应用

Question

假设你正在开发一个多线程的Rust应用，需要使用OnceCell来延迟初始化一个共享资源。请描述OnceCell在多线程环境中的行为，以及如何正确地使用它来避免数据竞争。给出一个简单的多线程示例代码，展示OnceCell在这种场景下的应用。

Answer 1

OnceCell在多线程环境中的行为

1. 延迟初始化：OnceCell允许在第一次使用时才初始化一个值，这对于一些资源开销较大的初始化操作很有用，避免不必要的启动开销。
2. 线程安全：OnceCell在多线程环境下是线程安全的。多个线程同时尝试初始化OnceCell时，只有一个线程能够成功初始化，其他线程会等待初始化完成，然后获取已经初始化的值，从而避免数据竞争。

正确使用OnceCell避免数据竞争的方法

1. 使用get_or_init方法：该方法在获取值时，如果值还未初始化，会调用传入的闭包进行初始化。闭包只在第一次调用get_or_init且值未初始化时执行，并且是线程安全的。

多线程示例代码

use std::sync::{Arc, OnceCell};
use std::thread;

// 定义一个OnceCell来延迟初始化共享资源
static SHARED_RESOURCE: OnceCell<Arc<String>> = OnceCell::new();

fn main() {
    // 创建多个线程
    let mut handles = vec![];
    for _ in 0..10 {
        let handle = thread::spawn(|| {
            // 获取共享资源
            let resource = SHARED_RESOURCE.get_or_init(|| {
                println!("Initializing shared resource...");
                Arc::new("Shared Resource".to_string())
            });
            println!("Thread got: {}", resource);
        });
        handles.push(handle);
    }

    // 等待所有线程完成
    for handle in handles {
        handle.join().unwrap();
    }
}

在上述代码中：

• SHARED_RESOURCE是一个OnceCell类型的静态变量，用于存储共享资源。
• 每个线程通过get_or_init方法获取共享资源。第一次调用get_or_init时会初始化资源，后续调用则直接返回已初始化的值。
• 因为OnceCell是线程安全的，所以多个线程同时获取资源时不会发生数据竞争。