rand_r是否真正的线程安全？

Question

rand_r函数被认为是一个线程安全的函数。然而，通过它的实现，我不相信它能够避免被其他线程改变。 假设两个线程将在相同的时间使用相同的变量种子调用rand_r函数。 这样就会发生读写竞争。 glibc实现的rand_r代码如下所示。有人知道为什么rand_r被称为线程安全吗？

 int
    rand_r (unsigned int *seed)
    {
      unsigned int next = *seed;
      int result;

      next *= 1103515245;
      next += 12345;
      result = (unsigned int) (next / 65536) % 2048;

      next *= 1103515245;
      next += 12345;
      result <<= 10;
      result ^= (unsigned int) (next / 65536) % 1024;

      next *= 1103515245;
      next += 12345;
      result <<= 10;
      result ^= (unsigned int) (next / 65536) % 1024;

      *seed = next;

      return result;
    }

- terry

Answer 1

你可以将线程安全性分为三个级别，这里我将其编号以便参考。

1）完全不安全。从多个线程同时调用该函数是不安全的。例如，strtok。

2）对系统而言是线程安全的。如果不同的调用操作不同的数据，则可以从多个线程同时调用该函数，例如rand_r、memcpy。

3）对数据而言是线程安全的。即使在同一数据上操作，也可以从多个线程同时调用该函数。例如pthread_mutex_lock。 rand_r处于第二级别，在C语言中（特别是在POSIX规范中）的约定是将其称为“线程安全”。

在其他一些语言中，如Java，惯例是将第三级别称为“线程安全”，其他一切则为“不安全”。因此，java.util.Vector 是“线程安全”的，而 java.util.ArrayList 则为“不安全”。当然，java.util.ArrayList 的所有方法都处于第二级别。因此，从Java过来的程序员可能会自然地将rand_r和memcpy称为“不安全”。

在C语言中，情况不同，这可能是因为内部同步数据结构相对较少。在C语言环境中，你可能会问“文件句柄是否线程安全？”，这时指的是第三级别，但当问到“此函数是否线程安全？”时，通常是指第二级别。

- Steve Jessop

Answer 2

rand_r是线程安全的，因为该函数完全是纯函数。除了参数以外，它不读取或修改任何状态，因此可以同时安全地调用。

这与大多数rand函数不同，后者将状态（种子）保存在全局变量中。

假设两个线程将在相同的时间使用相同的变量种子调用rand_r。

我假设你的意思是这样：

int globalSeed;

//thread 1
rand_r(&globalSeed);

//thread 2
rand_r(&globalSeed);

这并不意味着该函数不是线程安全的，只是因为您提供了一个输出参数，可能会被另一个线程访问/修改，从而导致您以非线程安全的方式使用它。

这就像将函数结果写入可能被另一个线程访问/修改的全局变量一样。这并不意味着函数不是线程安全的，而是您的代码不是线程安全的。

- Yacoby

Answer 3

因为它修改了种子，而种子被传递进来。

- graham.reeds