面试题：Rust结构体初始化性能考量之高级题

Question

考虑一个场景，有一个结构体包含多个大型数组成员，需要在初始化时进行大量的数据填充操作。请分析在Rust中，是采用直接在结构体初始化函数中填充数据，还是使用`lazy_static`宏来延迟初始化更能提升性能，为什么？并给出具体代码实现来支持你的分析。

Answer 1

性能分析

1. 直接在结构体初始化函数中填充数据：

   • 优点：简单直接，在结构体创建时数据就已准备好，后续使用无需额外逻辑。
   • 缺点：如果结构体创建频率高且初始化数据量大，会导致程序启动时性能开销大，占用较多内存。

2. 使用lazy_static宏延迟初始化：

   • 优点：只有在实际使用结构体数据时才进行初始化，减少程序启动时的开销，对于不常使用的数据能有效节省内存。
   • 缺点：引入了额外的复杂性，访问数据时需要通过lazy_static提供的方式访问，并且需要考虑线程安全等问题（lazy_static默认是线程安全的）。

   一般来说，如果结构体不是频繁创建，且初始化后数据会被频繁使用，直接在初始化函数中填充数据更合适；如果结构体创建频繁但数据不一定都被使用，或者初始化开销很大，使用lazy_static宏延迟初始化能提升性能。

代码实现

直接在结构体初始化函数中填充数据

struct BigData {
    large_array: Vec<i32>,
}

impl BigData {
    fn new() -> Self {
        let mut large_array = Vec::with_capacity(1000000);
        for i in 0..1000000 {
            large_array.push(i);
        }
        BigData { large_array }
    }
}

fn main() {
    let data = BigData::new();
    // 使用data.large_array
}

使用lazy_static宏延迟初始化

use lazy_static::lazy_static;

struct BigData {
    large_array: Vec<i32>,
}

impl BigData {
    fn new() -> Self {
        let mut large_array = Vec::with_capacity(1000000);
        for i in 0..1000000 {
            large_array.push(i);
        }
        BigData { large_array }
    }
}

lazy_static! {
    static ref LAZY_DATA: BigData = BigData::new();
}

fn main() {
    // 只有在访问LAZY_DATA时才会初始化
    let data = &*LAZY_DATA;
    // 使用data.large_array
}

在Cargo.toml文件中需添加依赖：

[dependencies]
lazy_static = "1.4.0"