使用多线程时SecureRandom流表现异常

Question

我正在尝试使用SecureRandom生成随机值，特别是它对流的支持。理想情况下，这些值应该被持续地生成，所以流可以是无限的：

SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();
Iterator<Integer> idIterator = secureRandom.ints().distinct().iterator();

文档说明：“SecureRandom 对象可被多个并发线程安全使用。然而，当多个线程从迭代器中检索下一个值时，我会在（至少）一个线程中收到错误信息，这似乎是由于竞争条件导致的：

Thread t1 = new Thread(() -> idIterator.next());
Thread t2 = new Thread(() -> idIterator.next());
t1.start();
t2.start();


Exception in thread "Thread-1" java.lang.IllegalStateException: source already consumed or closed
    at java.base/java.util.stream.AbstractPipeline.sourceSpliterator(AbstractPipeline.java:409)
    at java.base/java.util.stream.AbstractPipeline.lambda$spliterator$0(AbstractPipeline.java:367)
    at java.base/java.util.stream.StreamSpliterators$AbstractWrappingSpliterator.init(StreamSpliterators.java:142)
    at java.base/java.util.stream.StreamSpliterators$AbstractWrappingSpliterator.doAdvance(StreamSpliterators.java:157)
    at java.base/java.util.stream.StreamSpliterators$IntWrappingSpliterator.tryAdvance(StreamSpliterators.java:358)
    at java.base/java.util.Spliterators$2Adapter.hasNext(Spliterators.java:726)
    at java.base/java.util.Spliterators$2Adapter.nextInt(Spliterators.java:732)
    at java.base/java.util.PrimitiveIterator$OfInt.next(PrimitiveIterator.java:128)
    at java.base/java.util.PrimitiveIterator$OfInt.next(PrimitiveIterator.java:86)
    at example.Example.foo(Example.java:39)

当我运行代码多次时，有时会出现另一种异常（NullPointerException）。

如果我限制流并删除distinct()操作，行为是相同的：

secureRandom.ints().limit(100).iterator(); 

编辑：

另一方面，如果我避免使用流（stream）并且只是在每个线程中调用SecureRandom.nextInt()，则如预期那样不会观察到竞争条件。

Thread t1 = new Thread(() -> secureRandom.nextInt());
Thread t2 = new Thread(() -> secureRandom.nextInt());
t1.start();
t2.start(); // code is thread-safe

我想知道迭代器为什么会改变行为？特别是在ints()方法的Javadocs中说明了，"生成一个伪随机int值，就像调用nextInt()方法一样"。

P.S.：当然，我可以通过同步获取下一个值的线程来解决这个问题。

- M A

Answer 1

SecureRandom本身是线程安全的，但流不是。整个Streams API都是为单个线程访问而构建的。虽然中间操作可以并行执行，但必须从单个线程调用。

因此，ints()及其迭代器都不是线程安全的。

因此，您可以为每个线程创建一个流。

Thread t1 = new Thread(() -> secureRandom.ints().distinct().iterator().next());
Thread t2 = new Thread(() -> secureRandom.ints().distinct().iterator().next());
t1.start();
t2.start();

- spongebob

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谢谢回答。了解关于流如何与线程安全一起工作，特别是在iterator()方面会很有趣。然而，提出的解决方案并不是非常适合，因为意图是确保不同的值（即使这很不可能重复生成任何值）。 - M A

@MAnouti 我已经解释了流的线程安全性。你还想知道什么？为了确保多个线程之间的不同值，你需要实现你自己的解决方案（也许可以使用并发哈希集）。 - spongebob

这里我特别关注iterator()操作，它似乎很特殊，因为它不像其他终端操作一样评估整个流。ints()方法的文档说明“伪随机int值就像调用nextInt()方法的结果一样。”现在，如果我只是使用nextInt()，就不会发生竞争条件。所以我想知道为什么iterator()的行为会有所不同（我已经更新了问题以澄清）。 - M A

如果有关于流通常不是线程安全的官方文档或讨论的参考资料，我可以接受这个答案。尽管这仍然感觉像是破坏了SecureRandom的线程安全保证。 - M A

@MAnouti 我认为线程安全的类可以有不是线程安全的衍生类。Iterator 的契约并不要求它是线程安全的。流的迭代器会表现出不同的行为，因为它是从流中生成的，而流不是线程安全的。 - spongebob