mersenne twister 线程对 cpp 是不是安全

Posted 2023-02-16

【中文标题】mersenne twister 线程对 cpp 是不是安全

【英文标题】：Is mersenne twister thread safe for cppmersenne twister 线程对 cpp 是否安全

【发布时间】：2017-04-01 01:10:59

【问题描述】：

#include <random>

int f() 

    std::random_device seeder;
    std::mt19937 engine(seeder());
    std::uniform_int_distribution<int> dist(1, 6);

    return dist(engine);

多个线程可以安全地调用这个函数吗？函数线程安全吗？ 每次都打电话std::random_device seeder; 和std::mt19937 engine(seeder()); 是多余的吗？

【问题讨论】：

为什么是“C”标签？这与 C 无关。

我真的不明白为什么我会收到反对票。我在问这是否是线程安全的，以及更新种子是否是多余的。

可能是因为类似问题的答案冗长而详细？

您的代码不足以说明线程安全的含义。初始化？一代？多个实例？

How do I generate thread-safe uniform random numbers?的可能重复

【参考方案1】：

No C++ std 类型以非线程安全的方式使用全局数据。这种类型的两个不相关的实例可以在不同的线程中访问。

默认情况下，一个类型的一个实例不能在没有同步的情况下被两个线程访问。

您被创建了局部变量。这些局部变量与其类型的任何其他实例无关。这里没有线程安全问题。

通过拥有状态并重用它来最有效地生成伪随机值。您没有这样做，因此创建 1 到 6 的随机数会相对昂贵。

std::random_device seeder;
std::mt19937 engine(seeder());
std::uniform_int_distribution<int> dist(1, 6);
return dist(engine);

您对std::mt19937 的使用是多余的。您已经创建了一个random_device，可以直接将其提供给dist，然后从中创建一个engine，然后使用engine。在这里使用engine是没用的。

传统上，您从seeder 创建一个engine（某种类型，例如mt19937）一次。然后存储engine，并反复将其传递给发行版。

这会执行一次相对昂贵的“真实随机数”生成，以通过引擎通过分发生成一长串伪随机数。

但是请注意，这种使用是有代价的；您必须存储 engine 并且必须防止多线程访问它。

执行此操作的“正确”方法是拥有一个为您生成随机值的对象，并将其传递到您需要的地方。存储使用的初始种子还允许您重复执行所涉及的一组随机数。

如果您不喜欢明确传递随机状态的想法，您可以使用thread_local（或static 和mutex 保护）。

thread_local std::mt19937 engine(std::random_device());
std::uniform_int_distribution<int> dist(1, 6);
return dist(engine);

这会为每个线程创建一个engine，并且engine 会使用您的random_device 中的值进行初始化。

【参考方案2】：

多个线程可以安全地调用这个函数吗？函数线程安全吗？

这个特殊的函数是线程安全的。可以创建随机数生成器、引擎和分布，在函数本地引擎中多线程调用生成数。

当然，来自多个线程的输出可以交错，因为cout 不同步。

是否需要在每个函数调用中初始化引擎

这就是你的函数所做的，虽然这确实保证了线程安全，但它与你需要做的相反。每次初始化引擎都会使“随机”序列直接依赖于播种机。而且它当然会增加初始化引擎的开销。

或者将前两行（种子和引擎）放在类构造函数中会更好吗？

您可以使用包装类，但不是必须的。这与您是否在每个函数调用中创建一个新的引擎实例是正交的。只要每个函数调用使用与之前调用相同的引擎，这方面的随机性就没有问题。

但是跨线程使用相同的引擎确实不是线程安全的。您可以改为在每个线程中使用一个引擎 - 或使用互斥锁保护共享引擎，但这会产生大量开销。