前言
Kotlin 基於 Java 的空指針提出了一個空安全的概念，即每個屬性默認不可爲null。 在某個類中，如果某些成員變量沒辦法在一開始就初始化，並且又不想使用可空類型(也就是帶?的類型)。那麼，可以使用lateinit或者by lazy來修飾它。
lateinit
被lateinit修飾的變量，並不是不用初始化，它需要在生命週期流程中進行獲取或者初始化。
lazy
而 lazy() 是一個函數，可以接受一個 Lambda 表達式作爲參數，第一次調用時會執行 Lambda 表達式，以後調用該屬性會返回之前的結果。
例如下面的代碼：
val str: String by lazy{
println("aaron")
println("cafei")
"tony" // 最後一行爲返回值
}
fun main(args: Array<String>) {
println(str)
println("-----------")
println(str)
}
執行結果：
aaron
cafei
tony
-----------
tony
因爲 lazy() 的最後一行，返回的值即爲 str 的值，以後每次調用 str 都可以直接返回該值。
by lazy 源碼分析
從 lazy() 開始分析源碼：
public actual fun <T> lazy(initializer: () -> T): Lazy<T> = SynchronizedLazyImpl(initializer)
actual 是 Kotlin 的關鍵字表示多平臺項目中的一個平臺相關實現。
lazy 函數的參數是 initializer，它是一個函數類型。lazy 函數會創建一個 SynchronizedLazyImpl 類，並傳入 initializer 參數。
下面是 SynchronizedLazyImpl 的源碼：
private class SynchronizedLazyImpl<out T>(initializer: () -> T, lock: Any? = null) : Lazy<T>, Serializable {
private var initializer: (() -> T)? = initializer
@Volatile private var _value: Any? = UNINITIALIZED_VALUE
// final field is required to enable safe publication of constructed instance
private val lock = lock ?: this
override val value: T
get() {
val _v1 = _value
if (_v1 !== UNINITIALIZED_VALUE) {
@Suppress("UNCHECKED_CAST")
return _v1 as T
}
return synchronized(lock) {
val _v2 = _value
if (_v2 !== UNINITIALIZED_VALUE) {
@Suppress("UNCHECKED_CAST") (_v2 as T)
} else {
val typedValue = initializer!!()
_value = typedValue
initializer = null
typedValue
}
}
}
override fun isInitialized(): Boolean = _value !== UNINITIALIZED_VALUE
override fun toString(): String = if (isInitialized()) value.toString() else "Lazy value not initialized yet."
private fun writeReplace(): Any = InitializedLazyImpl(value)
}
可以看到 SynchronizedLazyImpl 實現了 Lazy、Serializable 接口，它的 value 屬性重載了 Lazy 接口的 value。
Lazy 接口的 value 屬性用於獲取當前 Lazy 實例的延遲初始化值。一旦初始化後，它不得在此 Lazy 實例的剩餘生命週期內更改。
public interface Lazy<out T> {
/**
* Gets the lazily initialized value of the current Lazy instance.
* Once the value was initialized it must not change during the rest of lifetime of this Lazy instance.
*/
public val value: T
/**
* Returns `true` if a value for this Lazy instance has been already initialized, and `false` otherwise.
* Once this function has returned `true` it stays `true` for the rest of lifetime of this Lazy instance.
*/
public fun isInitialized(): Boolean
}
所以 SynchronizedLazyImpl 的 value 屬性只有 get() 方法，沒有 set() 方法。
value 的 get() 方法會先判斷 _value 屬性是否是 UNINITIALIZED_VALUE，不是的話會返回 _value 的值。
_value 使用@Volatile註解標註，相當於在 Java 中 使用 volatile 修飾 _value 屬性。volatile 具有可見性、有序性，因此一旦 _value 的值修改了，其他線程可以看到其最新的值。
SynchronizedLazyImpl 的 _value 屬性存儲了 initializer 的值。
如果 _value 的值等於 UNINITIALIZED_VALUE，則調用 initializer 來獲取值，通過synchronized來保證這個過程是線程安全的。
lazy() 方法還有一個實現，它比起上面的方法多一個參數類型 LazyThreadSafetyMode。
public actual fun <T> lazy(mode: LazyThreadSafetyMode, initializer: () -> T): Lazy<T> =
when (mode) {
LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED -> SynchronizedLazyImpl(initializer)
LazyThreadSafetyMode.PUBLICATION -> SafePublicationLazyImpl(initializer)
LazyThreadSafetyMode.NONE -> UnsafeLazyImpl(initializer)
}
SYNCHRONIZED 使用的是 SynchronizedLazyImpl 跟之前分析的 lazy() 方法是一致的，PUBLICATION 使用的是 SafePublicationLazyImpl，而 NONE 使用的是 UnsafeLazyImpl。
其中，UnsafeLazyImpl 不是線程安全的，而其他都是線程安全的。
SafePublicationLazyImpl 使用AtomicReferenceFieldUpdater來保證 _value 屬性的原子操作。畢竟，volatile 不具備原子性。
private class SafePublicationLazyImpl<out T>(initializer: () -> T) : Lazy<T>, Serializable {
@Volatile private var initializer: (() -> T)? = initializer
@Volatile private var _value: Any? = UNINITIALIZED_VALUE
// this final field is required to enable safe publication of constructed instance
private val final: Any = UNINITIALIZED_VALUE
override val value: T
get() {
val value = _value
if (value !== UNINITIALIZED_VALUE) {
@Suppress("UNCHECKED_CAST")
return value as T
}
val initializerValue = initializer
// if we see null in initializer here, it means that the value is already set by another thread
if (initializerValue != null) {
val newValue = initializerValue()
if (valueUpdater.compareAndSet(this, UNINITIALIZED_VALUE, newValue)) {
initializer = null
return newValue
}
}
@Suppress("UNCHECKED_CAST")
return _value as T
}
override fun isInitialized(): Boolean = _value !== UNINITIALIZED_VALUE
override fun toString(): String = if (isInitialized()) value.toString() else "Lazy value not initialized yet."
private fun writeReplace(): Any = InitializedLazyImpl(value)
companion object {
private val valueUpdater = java.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(
SafePublicationLazyImpl::class.java,
Any::class.java,
"_value"
)
}
}
因此 SafePublicationLazyImpl 支持同時多個線程調用，並且可以在全部或部分線程上同時進行初始化。但是，如果某個值已由另一個線程初始化，則將返回該值而不執行初始化。
總結
最後，總結一下lateinit和by lazy的區別：
- lateinit 只能用於修飾變量 var，不能用於可空的屬性和 Java 的基本類型。
- lateinit 可以在任何位置初始化並且可以初始化多次。
- lazy 只能用於修飾常量 val，並且 lazy 是線程安全的。
- lazy 在第一次被調用時就被初始化，以後調用該屬性會返回之前的結果。