Java在多线程环境中配置随机数生成器

Question

我有一个使用伪随机数的应用程序。 在测试应用程序时，我需要可重复性，我通过为随机数生成器使用种子来安排可重复性。 当前，RNG在使用它作为静态变量的类中声明： private static Random rng = new Random(seed) 。 我有几个问题。

1. 鉴于我想播种RNG以获得可重复性，因此将变量声明为static有意义吗？
2. 我可能需要添加更多需要随机数的不同类。 我是否应该将RNG移到一个单独的类，以便仍可以在整个应用程序中使用一个种子？ 如果是这样，我应该使用static Random还是singleton对象？
3. 如果我决定在多个线程中使用随机数会怎样？ 似乎如果我使用类似2.的策略，我可能仍然会失去可预测性，因为我无法确定地说线程将访问RNG的顺序。 RNG仍将生成相同的，可预测的随机数序列，但是从程序的一次运行到另一轮，抓取序列中第一个（或第n个）随机数的线程可能会有所不同。
4. 这对我来说表明，每个线程都需要自己的RNG，以便在所有运行中都可重现结果。 这是否意味着每个线程都需要自己的种子？ 如果是这样，那将保证可重复性，还是我需要做其他事情来消除由多个线程导致的随机性？
5. 有没有一种方法可以从单个数字生成种子，从而最大程度地减少不同RNG之间的相关性？

换句话说，如果线程0具有Random thread0RNG = new Random(seed)且线程1具有Random thread1RNG = new Random(seed) ，则我只需要一个种子，但是每个线程中的随机数将高度相关。 我可以有两个种子，但是然后我无法将程序的运行与在命令行上传递的单个数字相关联。 是否可以说出seed0 = someFunction(seed,0)和seed1 = someFunction(seed,1)吗？

Answer 1

是的，您应该为每个线程分配自己的Random对象，以避免由于线程计时而产生不可重复的交织。

您都可以使用相同的编号为它们播种，但随后它们都将获得完全相同的编号序列。 我不知道这是不是一个问题。

如果有问题，则可以有一个“主”随机对象为其他种子生成种子。 每次创建新线程时，请从主线程获取种子。 但是，您必须确保每次都以相同的顺序创建所有线程（或至少检索种子）。

Answer 2

首先， Random是线程安全的，因此您可以在多个线程中安全地使用它，尽管由于锁定，只有一个Random实例可能会导致性能下降。 为避免这种情况，请改用ThreadLocalRandom 。

但这不是解决方案，如果您的情况需要可预测性。 在并发环境中只有一个共享的RNG将永远不可预测。 因此，您是对的， 每个线程需要一个实例 ，并且每个实例都必须使用种子进行初始化。

但是，如果所有RNG实例都使用相同的种子，则生成的随机序列不仅将高度相关，而且将是相同的！ 因此，您必须为所有RNG使用不同的种子

因此，我建议使用中央RNG为所有其他RNG生成种子 。 但是请注意，这仅是可预见的，前提是RNG的播种顺序已明确定义-同样，在并发环境中，这可能不是直截了当的，而是可行的。

Answer 3

对每个线程使用RNG， 例如 ThreadLocalRandom 。 如果每个线程都有自己的生成器，则多线程不会影响随机性。 种子的选择取决于您。