Once
Once 可以用来执行且仅仅执行一次动作，常常用于单例对象的初始化场景。
初始化单例资源有很多方法，比如定义 package 级别的变量，这样程序在启动的时候就可以初始化：
package abc
import time
var startTime = time.Now()或者在 init 函数中进行初始化：
package abc
var startTime time.Time
func init() {
startTime = time.Now()
}又或者在 main 函数开始执行的时候，执行一个初始化的函数：
package abc
var startTime time.Tim
func initApp() {
startTime = time.Now()
}
func main() {
initApp()
}这三种方法都是线程安全的，并且后两种方法还可以根据传入的参数实现定制化的初始化操作。
但是很多时候我们是要延迟进行初始化的，所以有时候单例资源的初始化，我们会使用下面的方法：
package main
import (
"net"
"sync"
"time"
)
// 使用互斥锁保证线程(goroutine)安全
var connMu sync.Mutex
var conn net.Conn
func getConn() net.Conn {
connMu.Lock()
defer connMu.Unlock()
// 返回已创建好的连接
if conn != nil {
return conn
}
// 创建连接
conn, _ = net.DialTimeout("tcp", "baidu.com:80", 10*time.Second)
return conn
}
// 使用连接
func main() {
conn := getConn()
if conn == nil {
panic("conn is nil")
}
}这种方式虽然实现起来简单，但是有性能问题。一旦连接创建好，每次请求的时候还是得竞争锁才能读取到这个连接，这是比较浪费资源的，因为连接如果创建好之后，其实就不需要锁的保护了。怎么办呢？
Once 的使用场景
sync.Once 只暴露了一个方法 Do，你可以多次调用 Do 方法，但是只有第一次调用 Do 方法时 f 参数才会执行，这里的 f 是一个无参数无返回值的函数。
func (o *Once) Do(f func())因为当且仅当第一次调用 Do 方法的时候参数 f 才会执行，即使第二次、第三次、第 n 次调用时 f 参数的值不一样，也不会被执行，比如下面的例子，虽然 f1 和 f2 是不同的函数，但是第二个函数 f2 就不会执行。
package main
import (
"fmt"
"sync"
)
func main() {
var once sync.Once
// 第一个初始化函数
f1 := func() {
fmt.Println("in f1")
}
once.Do(f1) // 打印出 in f1
// 第二个初始化函数
f2 := func() {
fmt.Println("in f2")
}
once.Do(f2) // 无输出
}因为这里的 f 参数是一个无参数无返回的函数，所以你可能会通过闭包的方式引用外面的参数，比如：
var addr = "baidu.com"
var conn net.Conn
var err error
once.Do(func() {
conn, err = net.Dial("tcp", addr)
})而且在实际的使用中，绝大多数情况下，你会使用闭包的方式去初始化外部的一个资源。
在标准库内部实现中也常常能看到 Once 的身影。比如标准库内部 cache 的实现上，就使用了 Once 初始化 Cache 资源，包括 defaultDir 值的获取：
func Default() *Cache { // 获取默认的Cache
defaultOnce.Do(initDefaultCache) // 初始化cache
return defaultCache
}
// 定义一个全局的cache变量，使用Once初始化，所以也定义了一个Once变量
var (
defaultOnce sync.Once
defaultCache *Cache
)
func initDefaultCache() { //初始化cache,也就是Once.Do使用的f函数
......
defaultCache = c
}
// 其它一些Once初始化的变量，比如defaultDir
var (
defaultDirOnce sync.Once
defaultDir string
defaultDirErr error
)除此之外，还有保证只调用一次 copyenv 的 envOnce，strings 包下的 Replacer，time 包中的测试，Go 拉取库时的proxy，net.pipe，crc64，Regexp，……，数不胜数。我给你重点介绍一下很值得我们学习的 math/big/sqrt.go 中实现的一个数据结构，它通过 Once 封装了一个只初始化一次的值：
// 值是3.0或者0.0的一个数据结构
var threeOnce struct {
sync.Once
v *Float
}
// 返回此数据结构的值，如果还没有初始化为3.0，则初始化
func three() *Float {
threeOnce.Do(func() { // 使用Once初始化
threeOnce.v = NewFloat(3.0)
})
return threeOnce.v
}它将 sync.Once 和 *Float 封装成一个对象，提供了只初始化一次的值 v。 你看它的 three 方法的实现，虽然每次都调用 threeOnce.Do 方法，但是参数只会被调用一次。
当你使用 Once 的时候，你也可以尝试采用这种结构，将值和 Once 封装成一个新的数据结构，提供只初始化一次的值。
Once 常常用来初始化单例资源，或者并发访问只需初始化一次的共享资源，或者在测试的时候初始化一次测试资源。
如何实现一个 Once？
很多人认为实现一个 Once 一样的并发原语很简单，只需使用一个 flag 标记是否初始化过即可，最多是用 atomic 原子操作这个 flag，比如下面的实现
type Once struct {
done uint32
}
func (o *Once) Do(f func()) {
if !atomic.CompareAndSwapUint32(&o.done, 0, 1) {
return
}
f()
}这确实是一种实现方式，但是，这个实现有一个很大的问题，就是如果参数 f 执行很慢的话，后续调用 Do 方法的 goroutine 虽然看到 done 已经设置为执行过了，但是获取某些初始化资源的时候可能会得到空的资源，因为 f 还没有执行完。
所以，一个正确的 Once 实现要使用一个互斥锁，这样初始化的时候如果有并发的 goroutine，就会进入doSlow 方法。互斥锁的机制保证只有一个 goroutine 进行初始化，同时利用双检查的机制（double-checking），再次判断 o.done 是否为 0，如果为 0，则是第一次执行，执行完毕后，就将 o.done 设置为 1，然后释放锁。
即使此时有多个 goroutine 同时进入了 doSlow 方法，因为双检查的机制，后续的 goroutine 会看到 o.done 的值为 1，也不会再次执行 f。
这样既保证了并发的 goroutine 会等待 f 完成，而且还不会多次执行 f。
type Once struct {
done uint32
m Mutex
}
func (o *Once) Do(f func()) {
if atomic.LoadUint32(&o.done) == 0 {
o.doSlow(f)
}
}
func (o *Once) doSlow(f func()) {
o.m.Lock()
defer o.m.Unlock()
// 双检查
if o.done == 0 {
defer atomic.StoreUint32(&o.done, 1)
f()
}
}易错场景
死锁
Do 方法会执行一次 f，但是如果 f 中再次调用这个 Once 的 Do 方法的话，就会导致死锁的情况出现。这还不是无限递归的情况，而是的的确确的 Lock 的递归调用导致的死锁。
func main() {
var once sync.Once
once.Do(func() {
once.Do(func() {
fmt.Println("初始化")
})
})
}未初始化
如果 f 方法执行的时候 panic，或者 f 执行初始化资源的时候失败了，这个时候，Once 还是会认为初次执行已经成功了，即使再次调用 Do 方法，也不会再次执行 f。
比如下面的例子，由于一些防火墙的原因，googleConn 并没有被正确的初始化，后面如果想当然认为既然执行了 Do 方法 googleConn 就已经初始化的话，会抛出空指针的错误：
func main() {
var once sync.Once
var googleConn net.Conn // 到Google网站的一个连接
once.Do(func() {
// 建立到google.com的连接，有可能因为网络的原因，googleConn并没有建立成功，此时它的值为nil
googleConn, _ = net.Dial("tcp", "google.com:80")
})
// 发送http请求
googleConn.Write([]byte("GET / HTTP/1.1\r\nHost: google.com\r\n Accept: */*\r\n\r\n"))
io.Copy(os.Stdout, googleConn)
}既然执行过 Once.Do 方法也可能因为函数执行失败的原因未初始化资源，并且以后也没机会再次初始化资源，那么这种初始化未完成的问题该怎么解决呢？
我们可以自己实现一个类似 Once 的并发原语，既可以返回当前调用 Do 方法是否正确完成，还可以在初始化失败后调用 Do 方法再次尝试初始化，直到初始化成功才不再初始化了。
// 一个功能更加强大的Once
type Once struct {
m sync.Mutex
done uint32
}
// 传入的函数f有返回值error，如果初始化失败，需要返回失败的error
// Do方法会把这个error返回给调用者
func (o *Once) Do(f func() error) error {
if atomic.LoadUint32(&o.done) == 1 { //fast path
return nil
}
return o.slowDo(f)
}
// 如果还没有初始化
func (o *Once) slowDo(f func() error) error {
o.m.Lock()
defer o.m.Unlock()
var err error
if o.done == 0 { // 双检查，还没有初始化
err = f()
if err == nil { // 初始化成功才将标记置为已初始化
atomic.StoreUint32(&o.done, 1)
}
}
return err
}我们所做的改变就是 Do 方法和参数 f 函数都会返回 error，如果 f 执行失败，会把这个错误信息返回。对 slowDo 方法也做了调整，如果 f 调用失败，我们不会更改 done 字段的值，这样后续的 goroutine 还会继续调用 f。如果 f 执行成功，才会修改 done 的值为 1。
我们怎么查询是否初始化过呢？
目前的 Once 实现可以保证你调用任意次数的 once.Do 方法，它只会执行这个方法一次。但是，有时候我们需要打一个标记。如果初始化后我们就去执行其它的操作，标准库的 Once 并不会告诉你是否初始化完成了，只是让你放心大胆地去执行 Do 方法，所以，你还需要一个辅助变量，自己去检查是否初始化过了，比如通过下面的代码中的 inited 字段：
type AnimalStore struct {
once sync.Once
inited uint32
}
func (a *AnimalStore) Init() // 可以被并发调用
a.once.Do(func() {
longOperationSetupDbOpenFilesQueuesEtc()
atomic.StoreUint32(&a.inited, 1)
})
}
func (a *AnimalStore) CountOfCats() (int, error) { // 另外一个goroutine
if atomic.LoadUint32(&a.inited) == 0 { // 初始化后才会执行真正的业务逻辑
return 0, NotYetInitedError
}
//Real operation
}// Once 是一个扩展的sync.Once类型，提供了一个Done方法
type Once struct {
sync.Once
}
// Done 返回此Once是否执行过
// 如果执行过则返回true
// 如果没有执行过或者正在执行，返回false
func (o *Once) Done() bool {
return atomic.LoadUint32((*uint32)(unsafe.Pointer(&o.Once))) == 1
}
func main() {
var flag Once
fmt.Println(flag.Done()) //false
flag.Do(func() {
time.Sleep(time.Second)
})
fmt.Println(flag.Done()) //true
}