在 C/C++ 中将 rand_r 用于多线程程序的正确方法

Question

所以，我需要一些关于 C++ 中多线程的帮助。我想让我的多个线程使用低于 800 的随机数调用函数 usleep。但是，据我了解，rand_r 必须在每个线程中使用不同的整数作为种子。

My confusion 源于这样一个事实：如果我想为每个线程的 rand_r 使用不同的整数，那么我该怎么做呢？如果我不能创建随机整数，如何为每个线程使用不同的（即随机）整数？

static unsigned int consumerseed = 1;
static unsigned int producerseed = 54321;

//producer thread:
void *producer(void *param) {
    buffer_item rand;
    while (1) {
        //sleep for a random period of time:
        int producersleeptime = rand_r(&producerseed)%500+100;
        usleep(producersleeptime);
        //produce an item:
        //wait on both semaphores
        //attempt to insert into buffer 
        //signal both semaphores
    }
}

//consumer thread:
void *consumer(void *param) {
    buffer_item rand;
    while (1) {
        //sleep for a random period of time:
        int consumersleeptime = rand_r(&consumerseed)%600+200;
        usleep(consumersleeptime);
        //wait on both semaphores
        //attempt to remove an item from buffer 
        //signal both semaphores
    }
}

我在程序顶部定义了静态整数生产者种子和消费者种子，作为全局变量。我这样做是因为我认为对 rand_r 的调用需要访问一个静态的、不变的内存位置。

这是正确的方法吗？还是每个线程都需要 不同的 整数。这会导致我的线程中出现任何竞争条件吗？生成的随机数呢——会不会每次都不一样？

编辑 1： 好的，所以这个问题的答案基本上是它不正确。每个线程都需要一个 唯一 种子整数。例如，这可以来自 time() 或 p_thread_self() id。我仍然对如何准确实现这一点感到困惑，但我会继续努力并报告。现在我决定使用 p_thread_self 作为每个线程的种子。

非常感谢您花时间查看/回答。

Answer 1

在 C++11 中，您可以使用 std::random_device 在每个线程上简单地创建另一个独立的种子。这与您在单线程代码中所做的完全相同。然后您可以在std::this_thread 上致电thread::sleep()。

#include <random>
#include <thread>
#include <chrono>

thread_local std::random_device rd;    // used once only per thread to initialise RNG
thread_local std::mt19937 rng(rd());   // thread-specific RNG
std::uniform_int_distribution<int> uni(0,800);  // guaranteed unbiased

// called possibly many times
std::this_thread::sleep_for(uni(rng)*std::chrono::microseconds);

特别是，没有必要（ab）使用当前时间作为种子和/或其他相关种子。

Answer 2

1. 每个线程需要 1 个种子，而不是全局种子。
2. 要为每个线程生成唯一的种子，请从主线程调用time() 以获取第一个种子。然后对于每个新线程，将一个添加到当前种子以获取下一个种子。例如，如果 time() 返回 100，您的种子将是 100、101、102 等。您的主线程需要将种子作为线程参数的一部分传递给每个线程。

编辑：

1. 如下面的 cmets 所示，您可以获取初始种子（上例中的 100）并将其与线程 ID 混合（使用异或或加法）。这样您就不必将种子传递给每个线程。至于 only 使用线程 id 作为种子，这也可以。但是，在新的运行中，您可能会获得与前一次运行相同的线程 ID（取决于您的操作系统如何确定线程 ID）。因此，如果您不想依赖操作系统生成线程 ID 的方式，您仍应使用一些初始种子，例如时间。

Answer 3

我的困惑源于这样一个事实，即如果我想要一个不同的整数 用于每个线程的 rand_r，那么我该怎么做呢？我怎样才能 如果我为每个线程使用不同的（即随机）整数 不能创建随机整数？

这里你需要使用线程特定的变量。所以你可以使用这些方法。

pthread_setspecific() & pthread_getspecific()

这用于创建全局变量，但仍特定于每个线程（不共享）：它们是线程特定的全局变量。

这个例子有很好的https://stackoverflow.com/a/15101240/775964例子