使用 openMP 的线程安全随机数生成器

Question

以下简单脚本并行产生随机数

#include <random>
#include <iostream>
#include <omp.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  // Three integers are expected from the command line.
  // The first integer is a random seed
  // The second integer is the number of threads.
  // The third integer indicates the number of random numbers to produce

  // Read the seed and create the random number generator and the random distribution
  int seed = std::stoi(argv[1]);
  std::mt19937 mt(seed);
  std::uniform_real_distribution<float>  dist(0, 100);

  // Read the number of threads and set it.
  int nbThreads = std::stoi(argv[2]);
  omp_set_num_threads(nbThreads);

  // Number of random number for demonstration
  int n = std::stoi(argv[3]);

  // Will store the random number to print them conveniently
  std::vector<float> store(n);

  // produce 'n' random numbers
  #pragma omp parallel for
  for (int i = 0 ; i < n ; ++i)
  {
    store[i] = dist(mt);
  }

  // print the random numbers
  for ( auto& rnd : store )
  {
    std::cout << rnd << std::endl;
  }

  return 0;
}

上面的脚本在使用单线程时是确定性的

./test 3 1 2
55.0798
7.07249

./test 3 1 2
55.0798
7.07249

./test 7 1 2
7.63083
22.7339


./test 7 1 2
7.63083
22.7339

但是，当使用多个线程时，它是部分随机的并且包含线程之间的相关性（这可能是一个相当大的问题）

./test 3 2 2
43.1925
43.1925

./test 3 2 2
55.0798
7.07249

 ./test 7 2 2
22.7339
7.63083

./test 7 2 2
7.63083
7.63083

我明白为什么我的代码不是线程安全的，但我不明白如何使它成为线程安全的。是否有可能无论线程数如何都具有确定性输出？

目标是./test 87 1 200 产生与./test 87 3 200 相同的输出（即线程数不会影响对象store）。如果这不可能，那么目标是./test 87 3 200 产生与./test 87 3 200 相同的输出。

Answer 1

提供两个不同的 mt19937 实例（每个线程一个，种子不同）并不是最好的方法。有一个专门用于线程环境中的 RNG 的库，您可以找到 here。请务必阅读文档，它写得非常好，尤其是第 2.2 节。

Answer 2

您正在与每个线程共享std::mt19937 mt 对象中的状态，这不是线程安全的。

要么使用某种锁定来包装该对象的访问，要么为每个线程提供一个单独的实例 [EDIT] 以不同的方式播种（可能来自您创建的 mt19937 的第一个实例），以便每个实例给出不同的结果 [/EDIT ]（如果使用 omp 可以实现的话）。