如何使用rand_r函数并保证线程安全？

Question

如何使用rand_r函数并保证线程安全？

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我正在尝试学习如何使用rand_r，在阅读了这个问题之后，我仍然有点困惑，能否有人看一下并指出我漏掉了什么？据我所知，rand_r需要一个指向某个值（或带有一些初始值的内存块）的指针，并在每次调用时使用它来生成新的数字。每个调用rand_r的线程都应该提供一个唯一的指针（或内存块），以获取不同线程之间的“真正随机”的数字。这就是为什么这样做的原因：

int globalSeed;

//thread 1
rand_r(&globalSeed);

//thread 2
rand_r(&globalSeed);

这是错误的使用方法。如果我有

int seed1,seed2;

//thread 1
rand_r(&seed1);

//thread 2
rand_r(&seed2);

这将是在线程之间生成“真正随机”数字的正确方法吗？

编辑：在阅读上述部分的答案后，有以下额外问题：

如果在线程1中我需要一个介于1到n之间的随机数，我应该这样做：(rand_r(&seed1) % (n-1)) + 1？还是有其他常见的做法？
如果种子的内存是动态分配的，那么这是正确或正常的吗？

- derrdji

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- paxdiablo · Accepted Answer

没错。你在第一种情况下所做的是绕过rand_r线程安全的特性。对于许多非线程安全函数，持久状态会在调用该函数时存储(这里是随机种子)。

对于线程安全变体，你实际上提供了一个线程特定的数据(seed1和seed2)，以确保状态不在线程之间共享。

请记住，这并不能使数字真正随机，它只是使序列相互独立。如果你使用相同的种子开始它们，那么两个线程中的随机序列可能会相同。

举个例子，假设你使用初始种子0得到一个随机序列2、3、5、7、11、13、17。使用共享种子，在来自两个不同线程的交替调用rand_r时，会出现这样的情况：

thread 1                thread 2
           <---  2
                 3 --->
           <---  5
                 7 --->
           <--- 11
                13 --->
           <--- 17

而这只是最好的情况 - 你可能会发现共享状态被破坏了，因为对它的更新可能不是原子的。

如果状态不是共享的（例如a和b代表两个不同的随机数源）：

thread 1                thread 2
           <---  2a
                 2b --->
           <---  3a
                 3b --->
           <---  5a
                 5b --->
                 ::

一些线程安全的调用需要你提供特定于线程的状态，其他一些可以在内部创建特定于线程的数据（使用线程ID或类似信息），以便你永远不必担心它，可以在多线程和非多线程环境下使用完全相同的源代码。我个人更喜欢后者，因为这样会让我的生活更轻松。

编辑后问题的附加内容:

> 如果在线程1中，我需要1到n之间的随机数，我应该这样做'（rand_r（&seed1）％（n-1））+1'，还是有其他常见的方法可以实现？

假设你想要一个值在1到n之间的（包括边界），请使用(rand_r(&seed1) % n) + 1。第一个取模运算符可以得到一个从0到n-1的值，然后加上1即可得到所需范围内的值。

> 如果对于种子来说将内存动态分配是正确或正常的吗？

只要你在使用它，种子就必须是持久的。你可以在线程中动态分配它，但也可以在线程的顶层函数中声明它。在这两种情况下，你都需要以某种方式将地址传递到较低级别（除非你的线程只是一个函数，这是不太可能的）。

你可以通过函数调用向下传递它，或者设置全局数组，在其中较低级别可以发现正确的种子地址。

或者，由于无论如何你都需要一个全局数组，你可以拥有一组种子而不是种子地址，较低级别可以使用这些种子来发现它们的种子。

在这两种情况下，你都可能会有一个包含线程ID作为键和要使用的种子的键值结构。然后，你将不得不编写自己的rand()例程，该例程将找到正确的种子并使用它调用rand_r()。

这就是我更喜欢使用库例程的原因，这些例程在内部使用特定于线程的数据完成这项工作。