在系统中创建和使用只有一个实例化的结构的最佳方法是什么?是的，这是必要的，它是OpenGL子系统，复制多个副本并到处传递只会增加混乱，而不是缓解混乱。
单例需要尽可能的高效。在静态区域中存储任意对象似乎是不可能的，因为它包含一个带析构函数的Vec。第二个选项是在静态区域存储一个(不安全的)指针，指向一个堆分配的单例。在保持语法简洁的同时，最方便、最安全的方法是什么?
当前回答
从Rust 1.63开始，可以更容易地使用全局可变单例对象，尽管在大多数情况下避免使用全局变量仍然是可取的。
现在Mutex::new是const，你可以使用全局静态互斥锁，而不需要延迟初始化:
use std::sync::Mutex;
static GLOBAL_DATA: Mutex<Vec<i32>> = Mutex::new(Vec::new());
fn main() {
GLOBAL_DATA.lock().unwrap().push(42);
println!("{:?}", GLOBAL_DATA.lock().unwrap());
}
注意，这也取决于Vec::new是const的事实。如果你需要使用非const函数来设置你的单例，你可以将你的数据包装在一个Option中，并最初将它设置为None。这让你可以使用像Hashset这样的数据结构，而目前不能在const上下文中使用:
use std::sync::Mutex;
use std::collections::HashSet;
static GLOBAL_DATA: Mutex<Option<HashSet<i32>>> = Mutex::new(None);
fn main() {
*GLOBAL_DATA.lock().unwrap() = Some(HashSet::from([42]));
println!("V2: {:?}", GLOBAL_DATA.lock().unwrap());
}
或者，你也可以使用RwLock，而不是互斥锁，因为RwLock::new在Rust 1.63中也是const。这样就可以同时从多个线程读取数据。
如果你需要使用非const函数初始化，并且你不喜欢使用Option，你可以使用像once_cell或lazy-static这样的板条箱进行惰性初始化，这在Shepmaster的回答中解释过。
其他回答
有点晚了，但以下是我如何解决这个问题(rust 1.66-nightly):
#![feature(const_size_of_val)]
#![feature(const_ptr_write)]
static mut GLOBAL_LAZY_MUT: StructThatIsNotSyncNorSend = unsafe {
// Copied from MaybeUninit::zeroed() with minor modifications, see below
let mut u = MaybeUninit::uninit();
let bytes = mem::size_of_val(&u);
write_bytes(u.as_ptr() as *const u8 as *mut u8, 0xA5, bytes); //Trick the compiler check that verifies pointers and references are not null.
u.assume_init()
};
(...)
fn main() {
unsafe {
let mut v = StructThatIsNotSyncNorSend::new();
mem::swap(&mut GLOBAL_LAZY_MUT, &mut v);
mem::forget(v);
}
}
注意，这段代码非常不安全，如果处理不当，很容易变成UB。
你现在有了一个全局静态的!Send !Sync值，没有互斥锁的保护。如果从多个线程访问它，即使只是为了读取，它也是UB。如果你不按显示的方式初始化它，它就是UB，因为它在一个实际的值上调用Drop。
你只是让rust编译器相信某个UB不是UB。你刚刚确信在全局静态中放入!Sync和!Send是可以的。
如果不确定，请不要使用此代码片段。
Non-answer回答
一般避免全局状态。相反，应该在早期的某个地方构造对象(可能在main中)，然后将对该对象的可变引用传递到需要它的地方。这通常会使您的代码更容易推理，并且不需要太多的向后弯曲。
在决定使用全局可变变量之前，请仔细照照镜子。在极少数情况下，它是有用的，所以这就是为什么值得知道如何做。
还想做一个吗?
Tips
以下3种解决方案:
如果你删除了互斥锁，那么你就有了一个全局单例，没有任何可变性。 你也可以使用RwLock代替Mutex来允许多个并发读取器。
使用lazy-static
惰性静态板条箱可以消除手动创建单例的一些苦差事。这是一个全局可变向量:
use lazy_static::lazy_static; // 1.4.0
use std::sync::Mutex;
lazy_static! {
static ref ARRAY: Mutex<Vec<u8>> = Mutex::new(vec![]);
}
fn do_a_call() {
ARRAY.lock().unwrap().push(1);
}
fn main() {
do_a_call();
do_a_call();
do_a_call();
println!("called {}", ARRAY.lock().unwrap().len());
}
使用once_cell
once_cell板条箱可以消除手动创建单例的一些苦差事。这是一个全局可变向量:
use once_cell::sync::Lazy; // 1.3.1
use std::sync::Mutex;
static ARRAY: Lazy<Mutex<Vec<u8>>> = Lazy::new(|| Mutex::new(vec![]));
fn do_a_call() {
ARRAY.lock().unwrap().push(1);
}
fn main() {
do_a_call();
do_a_call();
do_a_call();
println!("called {}", ARRAY.lock().unwrap().len());
}
同步使用std:::: LazyLock
标准库正在添加once_cell的功能，目前称为LazyLock:
#![feature(once_cell)] // 1.67.0-nightly
use std::sync::{LazyLock, Mutex};
static ARRAY: LazyLock<Mutex<Vec<u8>>> = LazyLock::new(|| Mutex::new(vec![]));
fn do_a_call() {
ARRAY.lock().unwrap().push(1);
}
fn main() {
do_a_call();
do_a_call();
do_a_call();
println!("called {}", ARRAY.lock().unwrap().len());
}
一个特例:原子学
如果你只需要跟踪一个整数值，你可以直接使用原子:
use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
static CALL_COUNT: AtomicUsize = AtomicUsize::new(0);
fn do_a_call() {
CALL_COUNT.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
}
fn main() {
do_a_call();
do_a_call();
do_a_call();
println!("called {}", CALL_COUNT.load(Ordering::SeqCst));
}
手动、无依赖的实现
有几个现有的静态实现，比如Rust 1.0中stdin的实现。这与适应现代Rust的想法是一样的，比如使用MaybeUninit来避免分配和不必要的间接操作。您还应该看看io::Lazy的现代实现。我用内联注释了每一行的功能。
use std::sync::{Mutex, Once};
use std::time::Duration;
use std::{mem::MaybeUninit, thread};
struct SingletonReader {
// Since we will be used in many threads, we need to protect
// concurrent access
inner: Mutex<u8>,
}
fn singleton() -> &'static SingletonReader {
// Create an uninitialized static
static mut SINGLETON: MaybeUninit<SingletonReader> = MaybeUninit::uninit();
static ONCE: Once = Once::new();
unsafe {
ONCE.call_once(|| {
// Make it
let singleton = SingletonReader {
inner: Mutex::new(0),
};
// Store it to the static var, i.e. initialize it
SINGLETON.write(singleton);
});
// Now we give out a shared reference to the data, which is safe to use
// concurrently.
SINGLETON.assume_init_ref()
}
}
fn main() {
// Let's use the singleton in a few threads
let threads: Vec<_> = (0..10)
.map(|i| {
thread::spawn(move || {
thread::sleep(Duration::from_millis(i * 10));
let s = singleton();
let mut data = s.inner.lock().unwrap();
*data = i as u8;
})
})
.collect();
// And let's check the singleton every so often
for _ in 0u8..20 {
thread::sleep(Duration::from_millis(5));
let s = singleton();
let data = s.inner.lock().unwrap();
println!("It is: {}", *data);
}
for thread in threads.into_iter() {
thread.join().unwrap();
}
}
打印出来:
It is: 0
It is: 1
It is: 1
It is: 2
It is: 2
It is: 3
It is: 3
It is: 4
It is: 4
It is: 5
It is: 5
It is: 6
It is: 6
It is: 7
It is: 7
It is: 8
It is: 8
It is: 9
It is: 9
It is: 9
此代码使用Rust 1.55.0编译。
所有这些工作都是lazy-static或once_cell为您做的。
“全球”的含义
请注意，您仍然可以使用正常的Rust作用域和模块级隐私来控制对静态或lazy_static变量的访问。这意味着你可以在一个模块中甚至在一个函数中声明它，而它在该模块/函数之外是不可访问的。这有利于控制访问:
use lazy_static::lazy_static; // 1.2.0
fn only_here() {
lazy_static! {
static ref NAME: String = String::from("hello, world!");
}
println!("{}", &*NAME);
}
fn not_here() {
println!("{}", &*NAME);
}
error[E0425]: cannot find value `NAME` in this scope
--> src/lib.rs:12:22
|
12 | println!("{}", &*NAME);
| ^^^^ not found in this scope
然而，这个变量仍然是全局的，因为它在整个程序中只存在一个实例。
从Rust 1.63开始，可以更容易地使用全局可变单例对象，尽管在大多数情况下避免使用全局变量仍然是可取的。
现在Mutex::new是const，你可以使用全局静态互斥锁，而不需要延迟初始化:
use std::sync::Mutex;
static GLOBAL_DATA: Mutex<Vec<i32>> = Mutex::new(Vec::new());
fn main() {
GLOBAL_DATA.lock().unwrap().push(42);
println!("{:?}", GLOBAL_DATA.lock().unwrap());
}
注意，这也取决于Vec::new是const的事实。如果你需要使用非const函数来设置你的单例，你可以将你的数据包装在一个Option中，并最初将它设置为None。这让你可以使用像Hashset这样的数据结构，而目前不能在const上下文中使用:
use std::sync::Mutex;
use std::collections::HashSet;
static GLOBAL_DATA: Mutex<Option<HashSet<i32>>> = Mutex::new(None);
fn main() {
*GLOBAL_DATA.lock().unwrap() = Some(HashSet::from([42]));
println!("V2: {:?}", GLOBAL_DATA.lock().unwrap());
}
或者，你也可以使用RwLock，而不是互斥锁，因为RwLock::new在Rust 1.63中也是const。这样就可以同时从多个线程读取数据。
如果你需要使用非const函数初始化，并且你不喜欢使用Option，你可以使用像once_cell或lazy-static这样的板条箱进行惰性初始化，这在Shepmaster的回答中解释过。
如果你是在夜间，你可以使用LazyLock。
它或多或少做了箱子once_cell和lazy_sync做的事情。这两个板条箱是非常常见的，所以有一个很好的机会，他们可能已经在你的货物。锁定依赖树。但如果你更喜欢“冒险”一点，选择LazyLock，在它变得稳定之前，它(就像所有的东西一样)可能会发生变化。
(注意:直到最近std::sync::LazyLock被命名为std::lazy::SyncLazy，但最近被重新命名。)
使用SpinLock进行全局访问。
#[derive(Default)]
struct ThreadRegistry {
pub enabled_for_new_threads: bool,
threads: Option<HashMap<u32, *const Tls>>,
}
impl ThreadRegistry {
fn threads(&mut self) -> &mut HashMap<u32, *const Tls> {
self.threads.get_or_insert_with(HashMap::new)
}
}
static THREAD_REGISTRY: SpinLock<ThreadRegistry> = SpinLock::new(Default::default());
fn func_1() {
let thread_registry = THREAD_REGISTRY.lock(); // Immutable access
if thread_registry.enabled_for_new_threads {
}
}
fn func_2() {
let mut thread_registry = THREAD_REGISTRY.lock(); // Mutable access
thread_registry.threads().insert(
// ...
);
}
如果你想要可变状态(不是单例)，请参阅Rust中不能做什么以获得更多描述。
希望对大家有帮助。
