Java在多線程環境中配置隨機數生成器

Question

我有一個使用偽隨機數的應用程序。 在測試應用程序時，我需要可重復性，我通過為隨機數生成器使用種子來安排可重復性。 當前，RNG在使用它作為靜態變量的類中聲明： private static Random rng = new Random(seed) 。 我有幾個問題。

1. 鑒於我想播種RNG以獲得可重復性，因此將變量聲明為static有意義嗎？
2. 我可能需要添加更多需要隨機數的不同類。 我是否應該將RNG移到一個單獨的類，以便仍可以在整個應用程序中使用一個種子？ 如果是這樣，我應該使用static Random還是singleton對象？
3. 如果我決定在多個線程中使用隨機數會怎樣？ 似乎如果我使用類似2.的策略，我可能仍然會失去可預測性，因為我無法確定地說線程將訪問RNG的順序。 RNG仍將生成相同的，可預測的隨機數序列，但是從程序的一次運行到另一輪，抓取序列中第一個（或第n個）隨機數的線程可能會有所不同。
4. 這對我來說表明，每個線程都需要自己的RNG，以便在所有運行中都可重現結果。 這是否意味着每個線程都需要自己的種子？ 如果是這樣，那將保證可重復性，還是我需要做其他事情來消除由多個線程導致的隨機性？
5. 有沒有一種方法可以從單個數字生成種子，從而最大程度地減少不同RNG之間的相關性？

換句話說，如果線程0具有Random thread0RNG = new Random(seed)且線程1具有Random thread1RNG = new Random(seed) ，則我只需要一個種子，但是每個線程中的隨機數將高度相關。 我可以有兩個種子，但是然后我無法將程序的運行與在命令行上傳遞的單個數字相關聯。 是否可以說出seed0 = someFunction(seed,0)和seed1 = someFunction(seed,1)嗎？

Answer 1

是的，您應該為每個線程分配自己的Random對象，以避免由於線程計時而產生不可重復的交織。

您都可以使用相同的編號為它們播種，但隨后它們都將獲得完全相同的編號序列。 我不知道這是不是一個問題。

如果有問題，則可以有一個“主”隨機對象為其他種子生成種子。 每次創建新線程時，請從主線程獲取種子。 但是，您必須確保每次都以相同的順序創建所有線程（或至少檢索種子）。

Answer 2

首先， Random是線程安全的，因此您可以在多個線程中安全地使用它，盡管由於鎖定，只有一個Random實例可能會導致性能下降。 為避免這種情況，請改用ThreadLocalRandom 。

但這不是解決方案，如果您的情況需要可預測性。 在並發環境中只有一個共享的RNG將永遠不可預測。 因此，您是對的， 每個線程需要一個實例 ，並且每個實例都必須使用種子進行初始化。

但是，如果所有RNG實例都使用相同的種子，則生成的隨機序列不僅將高度相關，而且將是相同的！ 因此，您必須為所有RNG使用不同的種子

因此，我建議使用中央RNG為所有其他RNG生成種子 。 但是請注意，這僅是可預見的，前提是RNG的播種順序已明確定義-同樣，在並發環境中，這可能不是直截了當的，而是可行的。

Answer 3

對每個線程使用RNG， 例如 ThreadLocalRandom 。 如果每個線程都有自己的生成器，則多線程不會影響隨機性。 種子的選擇取決於您。