在前面的章节中讨论了 C# 中线程安全并发集合，有助于提高代码性能、降低同步开销。本章将讨论更多有助于提高性能的概念，包括使用自定义实现的内置构造。

        毕竟，对于多线程编程来讲，最核心的需求就是为了性能。

延迟初始化 - .NET Framework | Microsoft Learn探索 .NET 中的迟缓初始化，性能提高意味着对象创建被延迟到首次使用该对象时。https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/framework/performance/lazy-initialization        本教程对应学习工程：魔术师Dix / HandsOnParallelProgramming · GitCode

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1、延迟初始化概念简析

        延迟加载（Lazy Load），也叫懒加载，是应用程序编程中常用的设计模式，指对对象的创建推迟到实际使用时才执行。延迟加载模式最常用的用法之一是在缓存预留模式（Cache Aside Pattern）中：对于创建时有很大开销的对象时，可以使用缓存预留模式将对象缓存以备用。

        书上的概念感觉挺复杂，大家可能没整明白，其实完全可以当做单例模式来理解。一般情况下，单例的写法会如下所示：

    /// <summary>
    /// 单例示例
    /// </summary>
    public class MySingleton
    {
        //限制构造函数，以避免外部类创建
        private MySingleton() { }

        //静态缓存预留
        private static MySingleton m_Instance;
        
        //单例获取
        public static MySingleton Instance
        {
            get
            {
                if (m_Instance == null)
                    m_Instance = new MySingleton();//懒加载
                return m_Instance;
            }
        }

    }

        这里我们看到，只有在 m_Instance 为空时调用了单例获取时，才会对单例进行创建。这种创建单例的模式，就叫做懒加载。

        但是显然，上述代码对线程支持并不好。因为如果多个线程来对单例进行获取，可能就会创建多次，也就是线程不安全。如果要线程安全，则需要加锁，并使用双重检查锁定，示例如下：

        private static object m_LockObj = new object();

        //单例获取
        public static MySingleton Instance
        {
            get
            {
                //第一次判定
                if (m_Instance == null)
                {
                    //锁定共享数据
                    lock (m_LockObj)
                    {
                        //第二次判定，因为可能在等待锁定的过程中，就已经实例化过了。
                        if (m_Instance == null)
                            m_Instance = new MySingleton();//懒加载
                    }
                }
                return m_Instance;
            }
        }

        当然，我们这种单例只是延迟加载的一种特殊案例，延迟加载还有很多其他用处。但对于多线程而言，从头开始实现延迟加载通常都比较复杂，但 .NET Framework 为延迟模式提供了专门的类库。

2、关于 System.Lazy<T>

        .NET Framework 提供了一个 System.Lazy<T> 类，具有延迟初始化的所有优点，开发人员无需担心同步开销。当然，System.Lazy<T> 类的创建将被推迟到首次访问他们之前。

Lazy提供对延迟初始化的支持。 https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.lazy-1?view=netstandard-2.1        这里我们先写一个目标类的示例：

    /// <summary>
    /// 测试用类
    /// </summary>
    public class DataWrapper
    {
        public DataWrapper()
        {
            Debug.Log($"DataWrapper 被创建了！");
        }
 
        public void HandleX(int x)
        {
            Debug.Log($"DataWrapper 执行了：{x}");
        }
    }

        这个类很简单，也就是创建的时候会打印一行 Log；然后里面有个实例的执行方法，会打印一个 int 值出来。接下来使用 Lazy<T> ：

        private void RunWithLazySimple()
        {
            Lazy<DataWrapper> lazyDataWrapper = new Lazy<DataWrapper>();
            Debug.Log("开始 ： RunWithLazySimple");
            Task.Run(async () =>
            {
                await Task.Delay(1000);
                Parallel.For(0, 5, x =>
                {
                    lazyDataWrapper.Value.HandleX(x);
                });
                Debug.Log("执行完毕！");
            });
        }

        执行结果如下：

        可见 lazyDataWrapper 在第一次使用时才会被创建，这里是系统自动调用了无参的构造函数进行构建。这个和我们之前写的单例代码效果是一样的。

        当然，Lazy<T> 还会有其他的写法，比如使用工厂方法函数：

Lazy<DataWrapper> lazyDataWrapper = new Lazy<DataWrapper>(GetDataWrapper);

public static DataWrapper GetDataWrapper()
{
    return new DataWrapper();
}

        这个方法（没有传入更多参数）默认就是线程安全的，当然也可以有别的地方可以设置。

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        关于 LazyThreadSafetyMode

LazyThreadSafetyMode 枚举 (System.Threading) | Microsoft Learn指定 Lazy<T> 实例如何同步多个线程间的访问。 https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.lazythreadsafetymode?view=netstandard-2.1#--

• None：不是线程安全

• PublicationOnly：完全线程安全，多个线程都会初始化，但最终只保留一个实例，其余均放弃。

• ExecutionAndPublication：完全线程安全，使用锁定来确保只有一个线程初始化该值。

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3、使用延迟初始化模式处理异常

        延迟对象在设计上是不可变的（单例），也就是每次返回的都是同一个实例。但，如果自初始化时出错了，会发生什么情况？

        这里我们把上述实例代码改一下：

        public DataWrapper(int x)
        {
            Debug.Log($"DataWrapper 被创建了！但是带参数：{x}");
            paramX = 1000 / x;
        }

        当我们传 0 的时候就会有除 0 错误。之后测试代码如下：

        private void RunWithLazyError()
        {
            Lazy<DataWrapper> lazyDataWrapper = new Lazy<DataWrapper>(TestFunction.GetDataWrapperError);
            Debug.Log("开始 ： RunWithLazyFunc");

            Task.Run(async () =>
            {
                await Task.Delay(1000);
                Parallel.For(0, 5, x =>
                {
                    try
                    {
                        lazyDataWrapper.Value.HandleX(x);
                    }
                    catch (Exception ex)
                    {
                        Debug.LogError(ex.Message);
                    }
                });
                Debug.Log("执行完毕！");
            });
        }

        意，TryCatch 代码一定要在 lazyDataWrapper 取值的地方框起来。在 Task 外面框起来并不会报错。甚至在构造函数里面框起来也不会报出来。运行一下：

         结果非常有意思啊，实际上只执行了一次初始化（然后出错了），但后续几次调用系统都直接返回了错误。如果将 LazyThreadSafetyMode 改为 PublicationOnly，则会出现 5 次初始化，并报 5 个错误。

        在第一次取值时，如果是 ExecutionAndPublication 模式下发生了异常，那么之后都会一直返回这个初始化失败的异常。而在 PublicationOnly 模式下，如果前一次取值错误，后一次仍然会尝试初始化，直到成功为止。

4、线程本地存储的延迟初始化

        在学习此章节内容前，先看一段代码：

private static int TestValue = 1;

for (int i = 0; i < 10; i++)
    Task.Run(() => Debug.Log(TestValue));

        那么这段代码，打印出来会是什么结果？答案显而易见，就是 10 个 1，想都不用想。

4.1、ThreadStatic

        如果我们给 TestValue 加上属性 ThreadStatic 会如何？

        在 Unity 上，打印的结果将会是 10 次 0 （只有在主线程使用时，其值是 1）。

ThreadStaticAttribute 类 (System) | Microsoft Learn指示各线程的静态字段值是否唯一。 https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threadstaticattribute?view=netstandard-2.1        被 ThreadStatic 标记的属性其初始值只会在构造函数时赋值一次，而对于其他线程，将仍保持 Null 或者默认值。

4.2、ThreadLocal<T>

        ThreadStatic 虽然能保证每个线程都能拿到一个独立的值，但是不能给他赋初始值，每次都是默认值还是有些不方便。如果确实需要赋值初始值，就可以使用 ThreadLocal<T>：

        public void RunWtihThreadLocal()
        {
            ThreadLocal<DataWrapper> lazyDataWrapper = new ThreadLocal<DataWrapper>(TestFunction.GetDataWrapper);

            Task.Run(() =>
            {
                Parallel.For(0, 5, x =>
                {
                    lazyDataWrapper.Value.HandleX(1);
                    lazyDataWrapper.Value.HandleX(2);
                    lazyDataWrapper.Value.HandleX(3);
                    lazyDataWrapper.Value.HandleX(4);
                });
            });
        }

        像上述代码，每个线程获取的时候都会初始化一次，但也只会初始化这一次：

         但是 ThreadLocal 和 Lazy 除了线程分配之外，还有以下区别：

• ThreadLocal 的 Value 是读写的。

• 没有任何初始化逻辑，ThreadLocal 将获得 T 的默认值（而 Lazy 会调用无参构造函数）。

5、减少延迟初始化的开销

        这一章其实就讲了一个类的使用方法：

LazyInitializer 类 (System.Threading) | Microsoft Learn提供延迟初始化例程。 https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.lazyinitializer?view=netstandard-2.1        看起来和 Lazy 差不多，而且使用还更复杂了，要怎么理解呢？Lazy 其实是包装了一个基础对象来间接使用，可能会导致计算和内存问题，但 LazyInitializer 就能避免包装对象。我们先看一个例子：

        private DataWrapper m_DataWrapper;
        private bool m_IsInited;
        private object m_LockObj = new object();

        public void RunWithLazyInitializer()
        {
            Task.Run(() =>
            {
                Parallel.For(0, 5, x =>
                {
                    var value = LazyInitializer.EnsureInitialized(ref m_DataWrapper, ref m_IsInited, ref m_LockObj, TestFunction.GetDataWrapper);
                    value.HandleX(x);
                });
            });
        }

        运行结果如下：

         可见运行效果和 Lazy 一样的。但是由于使用的是原对象，我们可以对原对象进行格外操作。虽然我个人认为，大部分情况下 LazyInitializer 和 Lazy 差别并不大。

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6、本章小结

        本章讨论了延迟加载的各个方面以及 .NET Framework 提供的使延迟架子啊更易于实现的数据结构。但值指出的是，延迟加载本身有设计上的缺陷：程序员并不能确认它究竟是何时初始化的，有时甚至会在不想突其初始化时初始化，或者本来就该卸载了，反而又初始化了，从而引发各种问题。

        就和单例一样，我个人任务初始化应该受控地放在一起，而不是使用延迟加载（懒加载）。这样可以在框架层面确保初始化和释放。

         本教程对应学习工程：魔术师Dix / HandsOnParallelProgramming · GitCode