Haskell中的随机数生成器是否支持多线程？

Question

全局随机数生成器是共享的吗？还是每个线程都有自己的随机数生成器？

如果是共享的，如何确保线程安全？在《Real World Haskell》的"单子"章节中描述的使用getStdGen和setStdGen的方法似乎不安全。

如果每个线程都有独立的生成器，那么在快速连续启动两个线程时，它们的生成器会具有不同的种子吗？（例如，如果种子是以秒为单位的时间，则不会，但毫秒可能可以。我不知道如何从Data.Time中获取毫秒分辨率的时间。）

- zoo

Answer 1

有一个名为newStdGen的函数，每次调用该函数都会提供一个新的std. gen。 它的实现使用了atomicModifyIORef，因此是线程安全的。

newStdGen不仅在线程安全方面比get/setStdGen更好，还可以防止潜在的单线程错误，例如：let rnd = (fst . randomR (1,5)) <$> getStdGen in (==) <$> rnd <*> rnd.

此外，如果考虑newStdGen与getStdGen/setStdGen之间的语义，前者可能非常简单：您只需获得具有随机状态的新std. gen，选择非确定性。另一方面，如果使用get/set配对，则无法抽象出全局程序状态，这对多个原因都很糟糕。

- Rotsor

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请注意，在底层，这使用与FUZxxl的答案相同的技术; newStdGen的文档指出：“[它]将分裂应用于当前全局随机生成器，使用其中一个结果更新它，并返回另一个”，其实现仅为atomicModifyIORef theStdGen split。 - Antal Spector-Zabusky

Answer 2

我建议你只在主线程中使用getStdGen一次，然后使用split函数生成新的生成器。我会这样做：

创建一个包含生成器的MVar。每当一个线程需要一个新的生成器时，它从MVar中取出当前值，调用split，并将新生成器放回。由于MVar的功能，这应该是线程安全的。

- fuz

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实际上，Rotsor的回答中描述的newStdGen操作正是这样做的；它的文档说明：“[它]将split应用于当前全局随机生成器，使用其中一个结果更新它，并返回另一个”，其实现只是atomicModifyIORef theStdGen split。 - Antal Spector-Zabusky

哇，我不知道有这样的功能。 - fuz

Answer 3

< p >单独使用getStdGen和setStdGen在某种意义上不是线程安全的。假设两个线程都执行此操作：

do ...
   g <- getStdGen
   (v, g') <- someRandOperation g
   setStdGen g'

线程在另一个线程到达“setStdGen”之前可能会同时运行“g <- getStdGen”这一行，因此它们都可能获得完全相同的生成器。(我错了吗？)

如果它们都获取了相同版本的生成器，并在同一函数中使用它，则会获得相同的“随机”结果。因此，在处理随机数生成和多线程时需要更加小心。有许多解决方案；其中一个解决方案是有一个单独的专用随机数生成器线程，它产生一系列随机数，其他线程可以以线程安全的方式消耗这些随机数。像FUZxxl建议的那样将生成器放入MVar中可能是最简单和最直接的解决方案。

当然，我鼓励您检查代码并确保有必要在多个线程中生成随机数。

- Dan Burton

Answer 4

你可以像FUZxxl的回答一样使用split。但是，不要使用MVar，每当调用forkIO时，只需让分叉线程的IO操作关闭其中一个生成器，并将另一个生成器保留在原始线程中。这样每个线程都有自己的生成器。

正如Dan Burton所说，检查您的代码，看看是否真的需要在多个线程中使用RNG。

- Edward