面试题：Rust 中如何利用原子操作实现简单的延迟一次性初始化

use std::sync::{Arc, Once};
use std::sync::atomic::{AtomicBool, Ordering};

static INITIALIZED: AtomicBool = AtomicBool::new(false);
static mut VALUE: Option<i32> = None;

fn get_value() -> i32 {
    if INITIALIZED.load(Ordering::SeqCst) {
        unsafe { VALUE.unwrap() }
    } else {
        let local_value = expensive_computation();
        INITIALIZED.store(true, Ordering::SeqCst);
        unsafe {
            VALUE = Some(local_value);
        }
        local_value
    }
}

fn expensive_computation() -> i32 {
    // 这里模拟一个耗时的计算
    42
}

fn main() {
    let result = get_value();
    println!("The value is: {}", result);
}

原子操作的作用

线程安全的初始化状态跟踪：在多线程环境下，AtomicBool 类型的 INITIALIZED 原子变量用于跟踪变量是否已经初始化。原子操作保证了不同线程对这个变量的读写操作是原子的，避免了数据竞争。例如，如果多个线程同时检查 INITIALIZED 是否为 false 并尝试初始化，原子操作能确保只有一个线程能成功修改 INITIALIZED 为 true，从而保证初始化的唯一性。
内存可见性：通过使用合适的内存序（如 Ordering::SeqCst），原子操作确保了在一个线程中对 INITIALIZED 的修改对其他线程是可见的。这意味着一旦一个线程设置 INITIALIZED 为 true，其他线程读取 INITIALIZED 时能看到这个变化，进而直接获取已经初始化的值，而不会再次进行初始化。

另外，使用 std::sync::Once 也可以更方便地实现一次性初始化：

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

static INIT: Once = Once::new();
static mut VALUE: i32 = 0;

fn get_value() -> i32 {
    INIT.call_once(|| {
        unsafe {
            VALUE = expensive_computation();
        }
    });
    unsafe { VALUE }
}

fn expensive_computation() -> i32 {
    42
}

fn main() {
    let result = get_value();
    println!("The value is: {}", result);
}

Once 类型内部也是通过原子操作来保证初始化的唯一性和线程安全，它提供了更简洁的 API 来实现延迟一次性初始化。

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面试题：Rust 中如何利用原子操作实现简单的延迟一次性初始化

知识考点

面试题答案

原子操作的作用