[C#] Lazy<T> 類別：如何實現延遲初始化

Lazy 是 C# 中的一個泛型類別，它提供了一種方式來進行延遲初始化，即在需要使用之前不會初始化它。

可能的兩個使用情境:

當建立某個物件會耗費大量資源，而程式可能不使用它時。
當建立某個物件會耗費大量資源，而您想要延遲到完成其他耗費資源的作業後，再建立它。

Lazy 簡單範例：

using System;
using System.Threading;

class Program
{
    static void Main()
    {
        Lazy<string> lazyString = new Lazy<string>(() =>
        {
            Console.WriteLine("執行A計算...");
            Thread.Sleep(2000);
            return "這是A計算結果";
        });

        Console.WriteLine("執行B計算...");

        // 等待兩秒
        Thread.Sleep(2000);

        // 使用 Lazy<T> 的值
        Console.WriteLine(lazyString.Value);

        Console.ReadLine();
    }
}

在此範例中，我們創建了一個 Lazy 物件，該物件會在需要時執行計算。在 Main 方法的開始部分，我們不會立即初始化這個物件，而是先執行一些其他計算。接下來，我們等待兩秒後，才呼叫 lazyString.Value，這時才會執行該物件的初始化，並且返回計算的結果。

當我們執行這個範例時，它的輸出應該會如下所示：

執行B計算...
執行A計算...
這是A計算結果

可以看到， Lazy 物件的初始化被推遲到了需要使用其值時才執行。

值得注意的是， Lazy 的初始化只會發生一次，即使它被多次使用。這是因為 Lazy 使用了一個稱為“double-checked locking”的技術，它可以確保只有一個執行緒在初始化期間可以訪問該物件。如果多個執行緒同時嘗試訪問該物件，它們會在等待 Lazy 的初始化完成之前被阻塞。

Lazy Thread safe範例

以下是一個使用 Lazy 創建單例模式的範例，並確保它是 thread safe 的：

public class Singleton
{
    private static readonly Lazy<Singleton> instance = new Lazy<Singleton>(() => new Singleton(), LazyThreadSafetyMode.ExecutionAndPublication);

    private Singleton()
    {
        // 建構子為 private，以防止從外部實例化
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get { return instance.Value; }
    }
}

在上面的範例中，我們使用 Lazy 創建 Singleton 類別的單例實例。由於 Lazy 預設是執行緒安全的，但建議指定 LazyThreadSafetyMode.ExecutionAndPublication 以確保在初始化期間和初始化完成後都是執行緒安全的。因此，即使有多個執行緒同時訪問 Singleton.Instance 屬性，也不會導致多個實例被創建。

值得注意的是， Lazy 並不能解決所有的 thread safety 問題。在某些情況下，我們可能需要使用其他同步機制，例如 lock 關鍵字。

Lazy 的一些常用屬性和方法：

Value：用於獲取 Lazy 的值，如果 Lazy 還沒有初始化，則在第一次呼叫時會進行初始化。
IsValueCreated：用於檢查 Lazy 是否已經初始化。
LazyThreadSafetyMode：用於指定 Lazy 的執行緒安全性，有三個可選值：

None：Lazy 不是執行緒安全的，這意味著多個執行緒可以同時訪問它，並導致一些問題，建議只有在確定只有一個執行緒會訪問該物件時使用此選項。

PublicationOnly：Lazy 在初始化完成後變為執行緒安全，這意味著在初始化期間可能會有多個執行緒同時訪問該物件。

ExecutionAndPublication：Lazy 在初始化期間和初始化完成後都是執行緒安全的，這意味著在初始化期間只有一個執行緒可以訪問該物件。

Lazy()建構子：用於創建 Lazy 物件，接受一個 Func 委託，該委託將在需要時執行以初始化 Lazy。

如上述範例中，我們使用了 Lambda 表達式定義了一個 Func 委託，它將在需要時初始化 Lazy。

具體來說，這個委託創建了一個新的 Singleton 物件，並將其作為 Lazy 的值返回。

小結

使用 Lazy 可以讓我們在需要時才執行昂貴的操作，從而提高應用程式的效能。然而，如果我們的程式需要經常訪問 Lazy 的值，則可能會導致不必要的延遲和效能問題。因此，在使用 Lazy 時需要注意適當的使用情境，以避免出現效能問題。

Lazy 簡單範例：#

Lazy Thread safe範例#

Lazy 的一些常用屬性和方法：#

小結#

Lazy 簡單範例：

Lazy Thread safe範例

Lazy 的一些常用屬性和方法：

小結