面试题：Rust中如何使用原子操作实现简单的延迟初始化

Question

在Rust中，假设你要实现一个全局变量的延迟初始化，并且这个初始化过程需要线程安全，你会如何结合原子操作来实现？请写出关键代码片段并简要解释思路。

Answer 1

1. 思路：

   • 使用std::sync::Once结构体来确保初始化只执行一次。Once类型提供了call_once方法，它会在线程安全的情况下执行初始化闭包，且只会执行一次。
   • 对于需要延迟初始化的全局变量，将其类型定义为std::sync::Arc包裹的目标类型。Arc是原子引用计数，适合多线程环境下共享数据。

2. 关键代码片段：

use std::sync::{Arc, Once};

static INIT: Once = Once::new();
static mut GLOBAL_VARIABLE: Option<Arc<i32>> = None;

fn get_global_variable() -> Arc<i32> {
    unsafe {
        INIT.call_once(|| {
            GLOBAL_VARIABLE = Some(Arc::new(42));
        });
        GLOBAL_VARIABLE.as_ref().unwrap().clone()
    }
}

在上述代码中：

• 首先定义了一个Once类型的静态变量INIT，用于控制初始化过程。
• GLOBAL_VARIABLE是一个Option<Arc<i32>>类型的静态变量，初始值为None。这里使用Option是因为在初始化前，变量是不存在的。使用Arc包裹i32是为了在多线程环境下安全地共享i32数据。
• get_global_variable函数中，通过INIT.call_once方法来执行初始化闭包，闭包中给GLOBAL_VARIABLE赋值。call_once保证了闭包只会被执行一次，即使多个线程同时调用get_global_variable函数。最后返回GLOBAL_VARIABLE中的Arc<i32>的克隆，确保调用者能得到有效的共享数据。需要注意的是，这里使用了unsafe块，因为直接访问和修改静态可变变量GLOBAL_VARIABLE需要unsafe操作。