随机数发生器只产生一个随机数
Posted
技术标签:
【中文标题】随机数发生器只产生一个随机数【英文标题】：Random number generator only generating one random number 【发布时间】：2019-12-15 11:17:51 【问题描述】：我有以下功能：
//Function to get random number
public static int RandomNumber(int min, int max)
Random random = new Random();
return random.Next(min, max);
我怎么称呼它：
byte[] mac = new byte[6];
for (int x = 0; x < 6; ++x)
mac[x] = (byte)(Misc.RandomNumber((int)0xFFFF, (int)0xFFFFFF) % 256);
如果我在运行时使用调试器执行该循环，我会得到不同的值（这是我想要的）。
但是，如果我在该代码下方两行放置一个断点，mac 数组的所有成员都具有相同的值。
为什么会这样？
【问题讨论】：
使用new Random().Next((int)0xFFFF, (int)0xFFFFFF) % 256); 不会产生比.Next(0, 256) 更好的“随机”数字
您可能会发现this NuGet package 很有帮助。它提供了一个静态的Rand.Next(int, int) 方法，该方法提供对随机值的静态访问，而不会锁定或遇到种子重用问题
【参考方案1】：
每次您执行new Random() 时，它都会使用时钟进行初始化。这意味着在一个紧密的循环中，您可以多次获得相同的值。您应该保留一个 Random 实例并在 same 实例上继续使用 Next。
//Function to get a random number
private static readonly Random random = new Random();
private static readonly object syncLock = new object();
public static int RandomNumber(int min, int max)
lock(syncLock) // synchronize
return random.Next(min, max);
编辑（参见 cmets）：为什么我们需要 lock？
基本上，Next 将改变Random 实例的内部状态。如果我们同时从多个线程执行此操作，您可能会争辩说“我们只是让结果更加随机”，但我们实际上所做的可能是破坏内部实现，我们也可以开始从不同的线程获取相同的数字，这可能是个问题 - 也可能不是。但是，内部发生的事情的保证是更大的问题。因为Random 确实不保证线程安全。因此有两种有效的方法：
Random 实例
两者都可以；但是同时从多个调用者中对单个实例进行互斥只是自找麻烦。
lock 实现了这些方法中的第一个（也是更简单的）；但是，另一种方法可能是：
private static readonly ThreadLocal<Random> appRandom
= new ThreadLocal<Random>(() => new Random());
这是每个线程，所以你不需要同步。
【讨论】：
作为一般规则，所有静态方法都应该是线程安全的，因为很难保证多个线程不会同时调用它。通常不需要使 instance（即非静态）方法成为线程安全的。 @Florin - 两者之间“基于堆栈”没有区别。静态字段同样是“外部状态”，将绝对在调用者之间共享。对于实例，很有可能不同的线程有不同的实例（一种常见的模式）。对于静态，保证它们都共享（不包括 [ThreadStatic]）。 为什么不能使用lock(random)？
@Dan 如果该对象从未公开公开：您可以。 （非常理论上的）风险是其他一些线程以您意想不到的方式锁定它。
@smiron 您很可能只是在锁之外使用随机数。锁定不会阻止对您锁定的内容的所有访问 - 它只是确保同一实例上的两个锁定语句不会同时运行。因此，lock (syncObject) 仅在 all random.Next() 调用也在 lock (syncObject) 内时才有帮助。如果您描述的场景在正确使用 lock 的情况下确实发生了，那么它也极可能发生在单线程场景中（例如 Random 被巧妙地破坏了）。【参考方案2】：
为了便于在整个应用程序中重用，静态类可能会有所帮助。
public static class StaticRandom
private static int seed;
private static ThreadLocal<Random> threadLocal = new ThreadLocal<Random>
(() => new Random(Interlocked.Increment(ref seed)));
static StaticRandom()
seed = Environment.TickCount;
public static Random Instance get return threadLocal.Value;
您可以使用然后将静态随机实例与代码一起使用，例如
StaticRandom.Instance.Next(1, 100);
【讨论】：
【参考方案3】：Mark 的解决方案可能非常昂贵，因为它需要每次都进行同步。
我们可以通过使用线程特定的存储模式来解决同步的需要：
public class RandomNumber : IRandomNumber
private static readonly Random Global = new Random();
[ThreadStatic] private static Random _local;
public int Next(int max)
var localBuffer = _local;
if (localBuffer == null)
int seed;
lock(Global) seed = Global.Next();
localBuffer = new Random(seed);
_local = localBuffer;
return localBuffer.Next(max);
测量这两个实现，您应该会看到显着的差异。
【讨论】：
锁在没有争议的情况下非常便宜......即使有争议，我也希望“现在用数字做点什么”代码在最有趣的场景中使锁的成本相形见绌。 同意，这解决了锁定问题，但这不是一个非常复杂的小问题的解决方案：你需要编写''两'行代码来生成一个随机数之一。省去阅读一行简单的代码真的值得吗？ +1 使用额外的全局Random 实例来获取种子是个好主意。另请注意，可以使用 .NET 4 中引入的 ThreadLocal<T> 类进一步简化代码（Phil 也可以使用 wrote below）。
鉴于_local 是ThreadStatic，为什么要将它复制到var localBuffer 或从var localBuffer 复制？这是性能优化吗？也就是说，访问ThreadStatic 变量的性能是否比访问常规变量的成本要高得多？ （如果是这样，在典型情况下，这可能会使所谓的优于 lock 的优势无效。如果不是，则可以简化代码。）
@ToolmakerSteve 是的，堆栈比 TSS 更快。与锁定相比，我不担心成本，因为锁定会引入 100 到 1000 个周期。我的解决方案的问题是“If”语句引入的分支可能会花费 100 多个周期，因为当分支预测器出错时会刷新管道和指令缓存。【参考方案4】：
我的回答来自here：
只是重申正确的解决方案：
namespace mySpace
public static class Util
private static rnd = new Random();
public static int GetRandom()
return rnd.Next();
所以你可以调用：
var i = Util.GetRandom();
自始至终。
如果你严格需要一个真正的无状态静态方法来生成随机数，你可以依赖Guid。
public static class Util
public static int GetRandom()
return Guid.NewGuid().GetHashCode();
它会慢一点，但可能比Random.Next 随机得多，至少从我的经验来看。
但不是：
new Random(Guid.NewGuid().GetHashCode()).Next();
不必要的对象创建会使其变慢，尤其是在循环下。
而且从不：
new Random().Next();
不仅速度较慢（在循环内），而且它的随机性……在我看来不是很好……
【讨论】：
我不同意 Guid 的案例。 Random 类实现了均匀分布。 Guid 中的情况并非如此。 Guid 的目标是唯一而不是均匀分布（并且它的实现大部分时间基于与...随机性相反的一些硬件/机器属性）。 如果不能证明 Guid 生成的一致性，那么将其用作随机是错误的（哈希将远离一致性又一步）。同样，碰撞不是问题：碰撞的均匀性是。关于 Guid 生成不再在硬件上，我要去 RTFM，我的坏（任何参考？） 对“随机”有两种理解：1. 缺乏模式 或 2. 概率分布描述的进化后缺乏模式 （2 包含在 1 中）。您的 Guid 示例在案例 1 中是正确的，而不是在案例 2 中。相反：Random 类匹配案例 2（因此也是案例 1）。如果您 not 在案例 2 中，您只能用您的 Guid+Hash 替换 Random 的使用。案例 1 可能足以回答问题，然后，您的 Guid+Hash 工作正常。但是没有说清楚（ps：this uniform）
@Askolein 仅针对一些测试数据，我通过 Ent (fourmilab.ch/random) 运行了几批 Random 和 Guid.NewGuid().GetHashCode()，它们同样是随机的。 new Random(Guid.NewGuid().GetHashCode()) 和使用同步的“master”Random 为“child”Randoms 生成种子一样有效。当然，它确实取决于您的系统如何生成 Guid - 对于我的系统，它们是相当随机的，而在其他情况下，它甚至可能是加密随机的。所以现在 Windows 或 MS SQL 似乎还不错。不过，单声道和/或移动设备可能会有所不同。
@EdB 正如我之前在 cmets 中所说，虽然 Guid（一个很大的数字）是唯一的，但 .NET 中 Guid 的 GetHashCode 是从它的字符串表示派生的。根据我的喜好，输出是非常随机的。【参考方案5】：
我宁愿使用下面的类来生成随机数：
byte[] random;
System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider prov = new System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider();
prov.GetBytes(random);
【讨论】：
我不是反对者之一，但请注意，标准 PNRG 确实满足了真正的需求 - 即能够从已知种子重复复制序列。有时，真正的加密 RNG 的纯粹成本太高了。有时需要加密 RNG。课程用马，可以这么说。 根据documentation，这个类是线程安全的，所以这是有好处的。 使用它的两个随机字符串为一个且相同的概率是多少？如果字符串只有 3 个字符，我想这很有可能会发生，但是如果 255 个字符的长度是否有可能具有相同的随机字符串或保证算法不会发生这种情况？ @LyubomirVelchev - 在数学上不可能制作一个函数（或一个硬件，甚至是一个理论构造）来保证两个独立生成的有限长度字符串永远不会相同。不可能：选择的数量是有限的。给定 n 个可能的字符串，有 - 并且必须 - 两个独立字符串相同的概率为 1/n。 （是的，这意味着任何加密方案都不是 100% 安全的；但是，如果在宇宙的生命周期内发生两次事件的几率足够低......在实践中已经足够好了。） Joma's later answer 包含基于 RNGCryptoServiceProvider 的更完整的代码 sn-p。见public static int Next(int min, int max) ...。但为了性能，修改他的代码以将new 移出Next 方法 - 请参阅我的评论。【参考方案6】：
1) 正如 Marc Gravell 所说，尝试使用 ONE 随机发生器。将它添加到构造函数中总是很酷：System.Environment.TickCount。
2) 一个提示。假设您要创建 100 个对象，并假设每个对象都应该有自己的随机生成器（如果您在很短的时间内计算随机数的 LOADS 会很方便）。如果您要在循环中执行此操作（生成 100 个对象），您可以这样做（以确保完全随机）：
int inMyRandSeed;
for(int i=0;i<100;i++)
inMyRandSeed = System.Environment.TickCount + i;
.
.
.
myNewObject = new MyNewObject(inMyRandSeed);
.
.
.
// Usage: Random m_rndGen = new Random(inMyRandSeed);
干杯。
【讨论】：
我会将 System.Environment.TickCount 移出循环。如果它在您迭代时打勾，那么您将有两个项目初始化为同一个种子。另一种选择是以不同方式组合滴答计数和 i（例如 System.Environment.TickCount 如果我理解正确：您的意思是说，“System.Environment.TickCount + i”可能会产生相同的值吗？ 编辑：当然，循环内不需要 TickCount。我的坏:)。 默认的Random()构造函数无论如何都会调用Random(Environment.TickCount)
@Alsty - 有用的观察 - 如果只创建 一个 全局随机生成器。但是，如果您在同一滴答声中 调用默认的Random() 构造函数两次，您将获得两个随机生成器，每个生成器生成完全相同的随机数序列。可能不是你想要的！上述逻辑 (#2) 使用种子 TickCount+0、TickCount+1 等 - 所以生成器都是不同的。【参考方案7】：
每次执行
Random random = new Random (15);
执行数百万次也没关系，您将始终使用相同的种子。
如果你使用
Random random = new Random ();
如果黑客猜中了种子并且您的算法与系统的安全性有关，您会得到不同的随机数序列 - 您的算法被破坏了。我执行 mult。在此构造函数中，种子由系统时钟指定，如果在很短的时间（毫秒）内创建了多个实例，则它们可能具有相同的种子。
如果您需要安全的随机数，则必须使用该类
System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider
public static int Next(int min, int max)
if(min >= max)
throw new ArgumentException("Min value is greater or equals than Max value.");
byte[] intBytes = new byte[4];
using(RNGCryptoServiceProvider rng = new RNGCryptoServiceProvider())
rng.GetNonZeroBytes(intBytes);
return min + Math.Abs(BitConverter.ToInt32(intBytes, 0)) % (max - min + 1);
用法：
int randomNumber = Next(1,100);
【讨论】：
It does not matter if you execute it millions of times, you will always use the same seed. 这不是真的，除非你自己指定种子。
已修复。谢谢正如您所说的 LarsTech，如果始终指定相同的种子，则始终会生成相同的随机数序列。在我的回答中，如果您始终使用相同的种子，我将使用带参数的构造函数。 Random 类只生成伪随机数。如果有人发现您在算法中使用了什么种子，则可能会危及算法的安全性或随机性。使用 RNGCryptoServiceProvider 类，您可以安全地获得随机数。我已经更正了，非常感谢您的更正。
在每个Next 上调用new RNGCryptoServiceProvider() 是多余的。相反，声明 private static RNGCryptoServiceProvider rng = new RNGCryptoServiceProvider(); 然后删除 using 包装器；只需在该静态上调用rng.GetNonZeroBytes(intBytes);。
Re "Random 类只生成伪随机数。" - ALL 软件算法生成伪-随机数序列。真正的随机性需要基于一些被认为是“真正随机”的物理现象的硬件。 OTOH，密码算法已经过精心设计（和测试），以改善生成序列的统计分布 - 以避免可以利用更简单随机生成器中的弱点的暴力攻击。尽管对于许多用途来说过于矫枉过正，但我同意这提供了优越的统计分布。【参考方案8】：
我用这个：
int randomNumber = int.Parse(Guid.NewGuid().ToString().FirstOrDefault(Char.IsDigit).ToString().Replace("\0", "0"));
性能：在我的 PC 上生成 100 万个随机数：711 毫秒。
如果 Guid 不包含任何数字（我不知道这是否可能），那么将使用 0 作为结果。
【讨论】：
【参考方案9】：我通过使用 Rnd() 函数解决了这个问题：
Function RollD6() As UInteger
RollD6 = (Math.Floor(6 * Rnd())) + 1
Return RollD6
End Function
当表单加载时，我使用 Randomize() 方法来确保每次运行时我不会总是得到相同的随机数序列。
【讨论】：
这个问题是关于 C#，而不是 Visual Basic.NET。 （尽管两者都是 .NET 语言，尽管从 C# 访问 VB 函数是可能的，但不是那么简单。）【参考方案10】：在 Visual Basic 中这是可行的（可能可以翻译成 C#，如果不是 DLL 引用可以是一个解决方案）：
Private Function GetRandomInt(ByVal Min As Integer, ByVal Max As Integer) As Integer
Static Generator As System.Random = New System.Random()
Return Generator.Next(Min, Max)
End Function
【讨论】：
【参考方案11】：有很多解决方案，这里有一个：如果你只想数字擦除字母并且方法接收随机和结果长度。
public String GenerateRandom(Random oRandom, int iLongitudPin)
String sCharacters = "123456789ABCDEFGHIJKLMNPQRSTUVWXYZ123456789";
int iLength = sCharacters.Length;
char cCharacter;
int iLongitudNuevaCadena = iLongitudPin;
String sRandomResult = "";
for (int i = 0; i < iLongitudNuevaCadena; i++)
cCharacter = sCharacters[oRandom.Next(iLength)];
sRandomResult += cCharacter.ToString();
return (sRandomResult);
【讨论】：
基本问题还是一样——你传入了一个Random 实例，但你仍然希望调用者创建一个共享实例。如果调用者每次都创建一个新实例，并且代码在时钟更改之前执行两次，您将获得相同的随机数。所以这个答案仍然做出可能是错误的假设。
另外，拥有一个生成随机数的方法的全部意义在于封装——调用方法不必担心实现，它只对获取一个随机数感兴趣【参考方案12】：
总是得到一个正随机数。
var nexnumber = Guid.NewGuid().GetHashCode();
if (nexnumber < 0)
nexnumber *= -1;
【讨论】：
此代码不使用问题中显而易见的 Random 对象，并且 GUID 的目标不是技术上的随机（如上所述）。以上是关于随机数发生器只产生一个随机数的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章