【.NET Core】Lazy 实现延迟加载详解

一、概述

延迟初始化是一种将对象的创建延迟到第一次需要用时的技术。简而言之，就是对象的初始化发生在第一次需要调用的时候执行。通常所说的延迟初始化和延迟实例化的意思是相同。通过使用延迟基础，可以避免应用程序不必要的计算和内存消耗。

从.NET 4.0开始，可以使用Lazy来实现对象的延迟初始化，从而优化系统的性能。延迟初始化就是将对象的初始化延迟到第一次使用该对象时。延迟初始化是我们优化程序性能的一种方式。如创建一个对象时需要花费很大的开销，而这一对象在系统运行过程中不一定会用到，这时就可以使用延迟初始化，在第一次使用该对象时再对其进行实例化。如果没有用在整个应用程序生命期则不需要初始化，使用延迟初始化可以提高程序的利用率，从而使程序占用更少的内存。

二、Lazy是什么

Lazy是一个类，用于实现惰性加载（Lazy Initialization）。惰性加载是指对象的创建被推迟，直到第一次被使用时，Lazy<T>允许在第一次访问对象时进行初始化，这对于大型或资源密集型对象的性能优化非常有用。可以通过提供一个委托Delegate来延迟初始化对象。Lazy<T>确保所有线程使用同一个惰性加载对象的实例，并且丢弃使用的实例，从而优化内存使用。

• 延迟初始化（Lazy Initialization）：Lazy<T> 允许你将对象的创建推迟到首次访问时。
• 线程安全（Thread-Safe）：Lazy<T> 提供了线程安全的延迟初始化，确保在多线程环境中也能正确工作。
• 自动丢弃未使用的实例：如果对象未被使用，Lazy<T> 会自动丢弃初始化失败的实例，优化内存使用。
• 支持复杂的初始化逻辑：你可以提供一个委托，允许你在初始化对象时执行复杂的逻辑。
• Value 属性：通过 Lazy<T>.Value 属性访问延迟初始化的对象。

三、Lazy基本用法

3.1 构造时使用默认的初始化方式

在使用Lazy时，如果没有在构造函数中传入委托，则在首次访问值属性时，将会使用Activator.CreateInstance来创建类型的对象，如果此类型没有无参数的构造函数时将会引发运行时异常。

本文实例类：

 public class Employee
 {
      public int Id { get; set; } = 101;
      public string? Code { get; set; } = "G001";
      public string? Name { get; set; } = "爷叔";
      public string? Address { get; set; } = "上海市黄河路1001号";
      public Employee() {}
      public Employee(int id,string code,string name,string address) 
      {
            this.Id = id;
            this.Code = code;
            this.Name = name;
            this.Address = address;
      }
      public void Show() 
      {
         Console.WriteLine($"Id={Id},Code={Code},Name={Name},Address={Address}");
      }
}

public static void Main(string[] arg)
{
    Lazy<Employee> lazyEmployee = new Lazy<Employee>();
    Console.WriteLine($"Main->is lazyData Initialized? value = {lazyEmployee.IsValueCreated}");
    lazyEmployee.Value.Show();//此处访问时才会将Data真正的初始化
    Console.WriteLine($"Main->is lazyData Initialized? value = {lazyEmployee.IsValueCreated}");
}

运行结果

Main->is lazyData Initialized? value = False
Id=101,Code=G001,Name=爷叔,Address=上海市黄河路1001号
Main->is lazyData Initialized? value = True

3.2 构造时使用指定的委托初始化

 public static void Main(string[] arg)
 {
     Lazy<Employee> lazyEmployee = new Lazy<Employee>(() =>
     {
         Console.WriteLine("Main->lazyData will be Initialized!");
         return new Employee(2,"G003","阿宝","上海市南京路001号");
     });
     Console.WriteLine($"Main->is lazyData Initialized? value = {lazyEmployee.IsValueCreated}");
     lazyEmployee.Value.Show();//此处访问时才会将Data真正的初始化
     Console.WriteLine($"Main->is lazyData Initialized? value = {lazyEmployee.IsValueCreated}");
 }

运行结果

Main->is lazyData Initialized? value = False
Main->lazyData will be Initialized!
Id=2,Code=G003,Name=阿宝,Address=上海市南京路001号
Main->is lazyData Initialized? value = True

四、Lazy.Value使用

由上面两个应用，可以看出Lazy对象创建后，并不会立即创建对应地对象，只有在变量的Value属性被首次访问时才会真正地创建，同时会将其缓存到Value中,以便将来访问。

Value属性是只读的，也就意味着如果Value存储了引用类型，将无法为其分配新对象，只可以更改此对象公共地属性或字段等，如果Value存储的是值类型。那么就不能修改其值，只能通过再次调用变量的函数使用新的参数来创建的变量。

在Lazy对象创建后，在首次访问变量的Value属性前。

五、Lazy扩展用法

5.1 实现延迟属性

public class Customer
{
     private Lazy<Employee> employee;
     public int CustomerId { get; private set; }
     public Customer(int id, string code, string name, string address)
     {
         this.CustomerId = id;
         employee = new Lazy<Employee>(() => new Employee(
                 this.CustomerId, "C001", "李阿宝", "上海市南京西路1100号"
         ));
     }
}

从上面介绍Lazy.Value中可以得知：Value的属性是只读，示例中只提供了Get的访问器，并未提供Set的访问器。如果需要支持读取与写入属性的话，则Set访问器必须创建一个新地Lazy对象，同时必须编写自己的线程安全代码才能执行此操作。

5.2 Lazy实现惰性加载单例模式

  public class Singleton<T> where T : class
  {
      private static readonly Lazy<T> current = new Lazy<T>(
           () => Activator.CreateInstance<T>(),    // factory method
                   true);                          // double locks
      public static object Current
      {
          get { return current.Value; }
      }
  }

六、Lazy常用扩展方法

• public Lazy (bool isThreadSafe)：

  isThreadSafe 的布尔参数，该方法参数用于指定是否从多线程访问 Value 属性。 如果想要仅从一个线程访问属性，则传入 false 以获取适度的性能优势。 如果想要从多线程访问属性，则传入 true 以指示 Lazy 实例正确处理争用条件（初始化时一个线程引发异常）。

• public Lazy (LazyThreadSafetyMode mode)

  提供线程安全模式

• public Lazy (Func valueFactory)

  lambda 表达式传递给新的 Lazy 对象的构造函数。 下一次访问 Value 属性将导致新 Lazy 的初始化，并且其 Value 属性此后会返回已分配给该属性的新值。