多线程黑客

Question

我正在编写一个应该有点快的数值程序，而且也是多线程的。我有一个类表示一个数字，我想在其中使用一个随机数生成器。现在，我并不真的要求我的RNG是一个真正的RNG，我只需要它生成均匀分布在0到NMAX之间的整数。

所以我的班上有这样一个：

// use just an int here and forget about multithreading.
static uint32 rand = NMAX/4; 
// this will be called multithreadedly
static uint32 GetRand() { return rand = ( rand + 1 ) % NMAX; }

现在，在一个线程化的世界中，这对我的目的来说是完全没有问题的。

因为这是多线程的，所以我假设唯一可能发生的坏事情是偶尔(比如<1%的时间)更新会被删除。这意味着两个线程读取rand，在寄存器中更新它，返回更新后的值，然后用相同的值写两次。这完全没问题。

我的问题是比这更糟糕的事还会发生吗？我完全同意每个线程使用自己的rand变量，但这只是一个巨大的痛苦来实现。我绝对不能做的是让类的每个实例都使用自己的rand变量，因为这样会占用太多的内存。

更新：

那我为什么要这么做？完整的故事是一个浮点类，它使用1或2个字节。所以它必须是快速的，这似乎是最好的方法。事实上，我认为我会将它从( rand + 1 ) % NMAX更新到类似( rand + [some prime] ) % NMAX的东西，因为它似乎更好用。这是一个例子，在这种情况下，一个更健壮的解决方案需要更多的代码，使代码更少通用，更依赖，使代码变得不那么清晰和更容易中断，所有这些都是因为“应该使用适当的同步”。

最主要的是，我担心编译器可能会做一些奇怪的优化，这样对rand的更新不仅会被删除，而且会变成完全的垃圾。不过，现在我已经考虑过了，即使这样也可以(使用这个数字的方式)，因为下一次使用GetRand将使它%NMAX，这个错误最多只会导致GetRand的一次使用超出[0，NMAX]的给定范围。谢谢你的回答。

Answer 1

我完全同意每个线程使用自己的rand变量，但这只是一个巨大的痛苦来实现。

用这种方式做并不一定那么困难。一些编译器(例如GCC)支持http://en.wikipedia.org/wiki/Thread_local_storage#GCC，它允许每个线程都有自己的给定变量的副本。

话虽如此，用你目前的做法，我只能想到一个问题--除了你提到的那个问题。如果每个线程运行在不同的内核上，并且随机值存储在每个内核的非共享缓存中，那么更新可能无法在内核之间传播不确定的时间。您可以通过使用记忆屏障 (可以通过使用锁来创建)来避免这种情况，但是这可能不利于性能。

Answer 2

为了便于讨论，我们假设以下实现：

• 使用Mersenne (mt19937)，它在每次呼叫中生成624个随机数。
• 类的每个实例(仅在单个线程中使用)从批处理中读取一个数字，并增加全局索引计数器，以便下一个调用(来自任何实例)将获取批处理中的下一个数字。当全局索引到达数组结束时，将锁定RNG并生成新的624个随机数，然后重置全局索引。

我对改进的建议是，每个实例一次获取16个数字。不需要在实例中存储(复制)这16个数字:只需将全局索引增加16 (使其他实例不可用)，以便实例可以逐一使用它们。

Answer 3

1. 您可以使用TLS，以便每个线程都有“自己的”变量。

__declspec(thread) static uint32 rand = NMAX/4; 
// this will be called multithreadedly
static uint32 GetRand() { return rand = ( rand + 1 ) % NMAX; }

1. 在您的特殊情况下，很容易修复代码，使其线程安全。

static long rand = NMAX/4; 
// this will be called multithreadedly
static uint32 GetRand() { return InterlockedIncrement(&rand) % NMAX; }