Mersenne Twister在C++中是线程安全的吗？

Question

#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？这个函数是线程安全的吗？ 每次调用std::random_device seeder;和std::mt19937 engine(seeder());是多余的吗？

- cateof

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为什么要使用“C”标签？这与C语言无关。 - UnholySheep

我真的不明白为什么我收到了负评。我在问这个是否是线程安全的，以及是否需要重新生成种子。 - cateof

可能是如何生成线程安全的均匀随机数？的重复。 - Michael Foukarakis

你分享的链接并没有解决我的问题。我尝试了这段代码。 - cateof

问题已更新。 - cateof

Answer 1

没有任何一个C++的std类型以非线程安全的方式使用全局数据。两个不相关类型的实例可以在不同的线程中被访问。

默认情况下，一个类型的实例在没有同步的情况下不能从两个线程中被访问。

您创建了本地变量，这些本地变量与其类型的任何其他实例无关。这里没有任何线程安全问题。

伪随机值最有效地通过具有状态并重复使用它来产生。您没有这样做，因此生成1到6之间的随机数将相对昂贵。

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

您使用的std::mt19937是多余的。您已经创建了一个random_device，它可以直接提供给dist，然后从中创建一个engine，然后使用engine。这里使用engine是无用的。

传统上，您会从seeder创建一个engine（某种类型的，如mt19937），然后将其存储，并重复将其传递给分布。

这样做会进行相对昂贵的“真随机数”生成一次，通过引擎通过分布生成一系列伪随机数。

但是请注意，这种使用有成本；您必须存储engine，并且必须防止多线程访问它。

正确的方法是拥有一个为您生成随机值的对象，并在需要时传递它。存储使用的初始种子也将允许您重复涉及的一组随机数字的执行。

如果您不喜欢明确传递随机状态的想法，则可以使用thread_local（或带有mutex保护的static）。

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

这将为每个线程创建一个 engine，并使用来自您的 random_device 的值初始化该 engine。

- Yakk - Adam Nevraumont

Answer 2

这个特定的函数是线程安全的。在多个线程中创建随机数生成器、引擎和分布，并在函数本地引擎中调用生成数字是可以的。

当然，由于cout未同步，多个线程的输出可能会交错。

你需要每次在函数调用中初始化引擎吗？那就是你的函数所做的事情，虽然这确保了线程安全，但与你需要做的相反。每次初始化引擎都将使“随机性”序列直接依赖于种子。而且它还增加了初始化引擎的开销。

或者把前两行（种子和引擎）放到类构造函数中会更好吗？你可以使用一个包装类，但不一定要这样做。这与是否在每个函数调用中创建新的引擎实例无关。只要每个函数调用使用之前的引擎相同，就不会在这方面对随机性造成问题。

但是，在跨线程使用相同的引擎确实不是线程安全的。你可以在每个线程中使用一个引擎，或者使用互斥锁保护共享引擎，但这会带来显着的开销。

- eerorika