如何实现线程安全的随机数

Question

试图找到并理解在 .NET Core 2.x 或更高版本中实现线程安全数字生成器的最佳方法

首先我发现了这一点 - https://web.archive.org/web/20160326010328/http://blogs.msdn.com/b/pfxteam/archive/2009/02/19/9434171.aspx

阅读完后在我看来，有几种“好”方法 -

1. ThreadStatic Random 实例，带有全局随机实例来生成种子
2. ThreadStatic Random 实例，带有全局随机实例RNGCryptoServiceProvider 用于生成种子

基本上，如果需要强加密随机性，则选择后者。

经过一些额外的研究，我发现由于 .NET Core 2.x System.Random 类被修改，因此默认种子生成不再主要依赖于系统计时器。 (https://blogs.siliconorchid.com/post/coding-inspiration /randomness-in-dotnet）

问题 - 这对线程安全随机类的实现有何影响？

引用第一个链接 Iv'e 共享代码解决方案 -

public static class RandomGen2
{
    private static Random _global = new Random();
    [ThreadStatic]
    private static Random _local;

    public static int Next()
    {
        Random inst = _local;
        if (inst == null)
        {
            int seed;
            lock (_global) seed = _global.Next();
            _local = inst = new Random(seed);
        }
        return inst.Next();
    }
}

由于 dotnet core 2.x 调整是否需要全局锁定种子生成器？或者一个基本的 ThreadStatic 随机实例就足够了？例如 -

    public static class ThreadSafeRandom
    {
        [ThreadStatic]
        private static Random _local;

        public static int Next()
        {
            Random inst = _local;
            if (inst == null)
            {
                _local = inst = new Random();
            }
            return inst.Next();
        }
    }

Answer 1

从 .NET 6 开始，您可以使用 Random.Shared 获取 Random 的线程安全实例。

文件是这样说的：

提供一个线程安全的 Random 实例，可以在任何线程中同时使用。

https://learn.microsoft.com /en-us/dotnet/api/system.random.shared?view=net-6.0

无需再花哨了。

要获得随机整数，您只需执行以下操作：

int number = Random.Shared.Next();

---

如果您想要密码学上的强随机性，那么 Eric Lippert 的 BetterRandom 是正确的选择：

public static class BetterRandom
{
    private static readonly ThreadLocal<System.Security.Cryptography.RandomNumberGenerator> crng = new ThreadLocal<System.Security.Cryptography.RandomNumberGenerator>(System.Security.Cryptography.RandomNumberGenerator.Create);
    private static readonly ThreadLocal<byte[]> bytes = new ThreadLocal<byte[]>(() => new byte[sizeof(int)]);
    public static int NextInt()
    {
        crng.Value.GetBytes(bytes.Value);
        return BitConverter.ToInt32(bytes.Value, 0) & int.MaxValue;
    }
    public static double NextDouble()
    {
        while (true)
        {
            long x = NextInt() & 0x001FFFFF;
            x <<= 31;
            x |= (long)NextInt();
            double n = x;
            const double d = 1L << 52;
            double q = n / d;
            if (q != 1.0)
                return q;
        }
    }
}

从这里开始阅读更多内容：https://ericlippert.com/2019/01/31/fixing-random-part-1/

Answer 2

1. System.Random 类在使用默认构造函数实例化时使用的算法已更改为新算法，但该类仍然不是线程安全的，因此旧技术如使用 [ThreadStatic] 仍然需要。
2. 在 .NET Core 中，默认种子值由线程静态的伪随机数生成器生成。 这意味着您不再需要实现全局种子生成器。
3. 当您确实想确保随机数安全时，请使用RandomNumberGenerator。例如，如果您只想显示随机的每日消息，请使用 System.Random，但如果您想生成随机秘密字符串，请使用 RandomNumberGenerator。