C++ 11隨機數生成器的線程安全性

Question

在C++ 11中，有大量新的隨機數生成器引擎和分佈函數。他們線程安全嗎？如果您在多個線程中共享一個隨機分佈和引擎，是否安全，您仍然會收到隨機數字？我期待的場景是一樣的東西，

void foo() { 
    std::mt19937_64 engine(static_cast<uint64_t> (system_clock::to_time_t(system_clock::now()))); 
    std::uniform_real_distribution<double> zeroToOne(0.0, 1.0); 
#pragma omp parallel for 
    for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
     double a = zeroToOne(engine); 
    } 
} 

使用OpenMP或

void foo() { 
    std::mt19937_64 engine(static_cast<uint64_t> (system_clock::to_time_t(system_clock::now()))); 
    std::uniform_real_distribution<double> zeroToOne(0.0, 1.0); 
    dispatch_apply(1000, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^(size_t i) { 
     double a = zeroToOne(engine); 
    }); 
} 

使用libdispatch。

Answer 1

的C++ 11標準庫被廣泛線程安全的。 PRNG對象上的線程安全保證與容器上的相同。更具體地說，因爲PRNG類都是僞 -random，即它們根據當前確定的狀態生成確定性序列，所以在包含狀態之外的任何地方都沒有空間窺探或戳動（這也是可見的用戶）。

正如容器需要鎖定以使它們安全地共享一樣，您將不得不鎖定PRNG對象。這會使其變得緩慢而不確定。每個線程一個對象會更好。

§17.6.5.9[res.on.data.races]：

1本節指定實現中應滿足 防止數據爭要求（1.10）。除非另有規定，否則每個標準庫函數 均符合各項要求。在下面指定的情況下，實現可能會阻止數據競爭。

2 A C++標準庫函數應不直接或間接 訪問對象（1.10）由比當前 線程除非對象經由 函數的論元發言：包括此直接或間接訪問的其它線程訪問。

3 A C++標準庫函數應不直接或間接地 修改對象（1.10）由比當前 線程除非對象經由 功能的非 - const參數，包括本直接或間接訪問的其它線程訪問。

4 [注：這意味着，例如，實現不能用於內部一個 靜態對象不同步，因爲它 可能導致數據的比賽即使在沒有明確共享 對象betweenthreads程序。 -endnote]

5 A C++標準庫函數不應訪問的對象通過其參數或經由其容器 參數的元件間接 訪問除了通過調用這些容器元件由它的規範 所需的功能。

6上的操作通過調用一個標準庫 容器或字符串成員函數可以訪問底層 容器獲得的迭代器，但不應修改它。 [注意：特別是，迭代器無效的容器 操作與 與該容器關聯的迭代器的操作發生衝突。 - 結束註釋]

7如果對象對用戶不可見並且受到數據保護，則實現可以在線程之間共享它們自己的內部對象 比賽。

8除非另有規定，否則C++標準庫函數將 僅在當前線程內執行所有操作，如果這些操作對用戶具有可見的效果（1.10）。

9 [注意：如果 沒有可見的副作用，這允許實現並行操作。 - 結束注意]

Answer 2

的documentation隻字不提線程安全的，所以我會認爲他們是不線程安全的。

Answer 3

標準（井N3242）似乎沒有提到隨機數生成是免費的（除了rand不是），所以它不是（除非我錯過了某些東西）。此外，讓它們線程化並沒有意義，因爲它會產生相對較高的開銷（至少與數字本身的產生相比），而沒有真正贏得任何東西。此外，我並沒有真正看到有一個共享隨機數生成器的好處，而不是每個線程都有一個，每個線程都有不同的初始化（例如，從另一個生成器的結果或當前線程ID）。畢竟，你可能不會依賴發電機產生一定的順序，反正每次運行。所以，我會重寫你的代碼，這樣的事情（爲openmp，沒有任何線索約libdispatch）：

void foo() { 
    #pragma omp parallel 
    { 
    //just an example, not sure if that is a good way too seed the generation 
    //but the principle should be clear 
    std::mt19937_64 engine((omp_get_thread_num() + 1) * static_cast<uint64_t>(system_clock::to_time_t(system_clock::now()))); 
    std::uniform_real_distribution<double> zeroToOne(0.0, 1.0); 
    #pragma omp for 
     for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
      double a = zeroToOne(engine); 
     } 
    } 
}