C# Random类的正确应用方法
作者:gt1987 时间:2021-06-25 14:56:17
Random类介绍
Random类一个用于产生 伪随机 数字的类。这里的伪随机表示有随机性但是可以基于算法模拟出随机规律。
Random类的构造方式有两种。
Random r= new Random()。
会以当前系统时间作为默认种子构建一个随机序列Random r = new Random(unchecked((int)DateTime.Now.Ticks));。
自定义一个种子,通常会使用时间Ticks。
随机性保证
由于Random的 伪随机 性,所以如果多个Random随机序列生成的时间间隔很短(官方说法15ms内),那么他们产生的随机数会大概率相同。如下列代码
/// <summary>
/// 错误的Random构建。
/// </summary>
public static void Bad_Random()
{
//正确做法应当将 Random构建防止循环外。
//Random创建间隔时间极短的情况下,随机算法序列会基本一致,倒是随机性也是一致的
//var r = new Random();
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
var r = new Random();
var val = r.Next(1, 100);
Console.WriteLine(val);
}
}
运行结果:
所以在生产中通常可以考虑将Random单例化,以保证其随机算法的序列独一性。这也是官方推荐的方式。
Instead of instantiating individual Random objects, we recommend that you create a single Random instance to generate all the random numbers needed by your app.
这个问题在.net core下官方组件已对Random的构建作优化,所以上面的案例代码如果放在.net core项目下运行,你会发现可以正确的生成随机数。有兴趣的小伙伴可以自己尝试一下。不过为了代码的延续性,还是建议Random作为单例模式设计。
那么将Random设计为单例是否就解决了随机性的问题了呢,这时候就涉及到另外一个问题,Random不是线程安全的。如下列代码
/// <summary>
/// 生成一个10位随机数
/// 设定了一定的复杂性,保证单线程下随机数不重复
/// </summary>
/// <param name="random">Random.</param>
/// <returns>随机数.</returns>
private static string GenerateRandomStr(Random random)
{
string source = "ABCDEFGHIKLMNOPQRTUVWXYZabcdefghiklmnopqrtuvwxyz";
int length = 10;
var list = Enumerable.Repeat(source, length)
.Select(s => s[random.Next(s.Length)]).ToArray();
return new string(list);
}
/// <summary>
/// 单线程基本可以保证唯一性
/// </summary>
public static void Good_Random_In_SingleThread()
{
//正确做法应当将 Random构建防止循环外。
//Random创建间隔时间极短的情况下,随机算法序列会基本一致,倒是随机性也是一致的
var r = new Random();
ConcurrentBag<string> list = new ConcurrentBag<string>();
for (int i = 0; i < 20000; i++)
{
var val = GenerateRandomStr(r);
list.Add(val);
}
Console.WriteLine($"单线程下重复数据有:{20000 - list.Distinct().Count()}");
}
/// <summary>
/// 多线程下的Random构建。
/// Bad案例,Random非线程安全
/// 多线程高并 * 况下,会出现概率重复
/// </summary>
public static void Bad_Random_In_MultThreads()
{
var r = new Random(unchecked((int)DateTime.Now.Ticks));
ConcurrentBag<string> list = new ConcurrentBag<string>();
var t1 = Task.Run(() =>
{
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
var val = GenerateRandomStr(r);
list.Add(val);
}
});
var t2 = Task.Run(() =>
{
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
var val = GenerateRandomStr(r);
list.Add(val);
}
});
Task.WaitAll(t1, t2);
Console.WriteLine($"线程1和线程2的重复数据有:{20000 - list.Distinct().Count()}");
}
运行结果:
这种重复率在生产环境上是不可接受的。那么产生的原因是什么呢?根源还是在 伪随机 和 线程不安全 上。我们可以想象下,一个Random实例中基于随机算法产生的一个随机数序列,在单线程下pop出一个随机数,然后指向下一个随机数。而在高并发的多线程情况下,指向下一个随机数的动作还未完成时,另一个线程又来请求pop,这样相同的随机数被重复pop了。
网上有很多多线程下Random的解决方案,我查阅了一些感觉都不是很好。以下是我的解决方案。用到了 ThreadLocal
。这个类详细的作用大家可以自己去查阅,这里大家只需要知道这个类可以保证它包含的对象只能线程内独享。简单说,同一类型对象 每个线程都独有一个Random实例互不影响。
//利用ThreadLocal 实现每个线程下Random独有
//再通过seed原子性变更,保证每个Random的seed不同而生成的随机数列也不同
private static int seed = 100;
private static ThreadLocal<Random> threadLocal = new ThreadLocal<Random>(() => new Random(Interlocked.Increment(ref seed)));
/// <summary>
/// 多线程下的Random构建。
/// </summary>
public static void Good_Random_In_MultThreads()
{
ConcurrentBag<string> list = new ConcurrentBag<string>();
var t1 = Task.Run(() =>
{
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
var val = GenerateRandomStr(threadLocal.Value);
list.Add(val);
}
});
var t2 = Task.Run(() =>
{
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
var val = GenerateRandomStr(threadLocal.Value);
list.Add(val);
}
});
Task.WaitAll(t1, t2);
Console.WriteLine($"[ThreadLocal模式]线程1和线程2的重复数据有:{20000 - list.Distinct().Count()}");
}
运行结果:
由此可见,基于ThreadLocal的特性,并区别了每个线程下的seed都不一样,从而保证每个Random的随机性也不行一样。
那么到这里Random的随机性问题解决了吗??
再深入思考下,对于集群部署情况,多台服务器同时运行,上述的Random随机性能保证吗?聪明的小伙伴应该能想到在不同服务器上,由于初始seed相同,可能又导致Random的随机性相同的情况发生。
那么解决方案也很简单,保证每台服务器的初始seed不同即可。这里的解决方案很多,不限于机器编号、IP地址后几位、启动时间(Environment.TickCount)等等。
这样,到这里Random的随机性问题终于可以告一段落了。
来源:https://www.cnblogs.com/gt1987/p/14034660.html
![](/images/zang.png)
![](/images/jiucuo.png)
猜你喜欢
Android 判断某个Activity 是否在前台运行的实例
C#结合AForge实现摄像头录像
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/5/76425_0s.png)
详解 Java Maximum redirects (100) exceeded
教大家使用java实现顶一下踩一下功能
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/2/92642_0s.jpg)
Java基础之位运算知识总结
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/3/66043_0s.png)
Unity3D实现攻击范围检测
C#-WinForm跨线程修改UI界面的示例
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/0/76420_0s.png)
深入浅析Java 抽象类和接口
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/3/67133_0s.png)
Java多线程案例之单例模式懒汉+饿汉+枚举
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/0/77130_0s.png)
Avalonia封装实现指定组件允许拖动的工具类
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/8/80078_0s.gif)
Spring Boot 2.0 配置属性自定义转换的方法
详解Mybatis的二级缓存配置
java生成jar包并且单进程运行的实例
Java查看和修改线程优先级操作详解
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/1/80271_0s.png)
解读classpath读取resources目录下的文件
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/2/85482_0s.png)
Java 常量池详解之字符串常量池实现代码
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/7/66937_0s.jpg)
Java实现简单的五子棋小游戏
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/2/59892_0s.jpg)
Unity 实现鼠标滑过UI时触发动画的操作
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/3/91303_0s.jpg)
java基于swing实现的五子棋游戏代码
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/1/63381_0s.jpg)
Java反射(Class类,Class对象获取)
![](https://img.aspxhome.com/file/2023/4/63444_0s.png)