快捷導(dǎo)航

C# Random類的正確應(yīng)用方法

更新時間：2020年11月26日 10:23:13 作者：gt1987

這篇文章主要介紹了C# Random類的正確應(yīng)用方法，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

Random類介紹

Random類一個用于產(chǎn)生 偽隨機 數(shù)字的類。這里的偽隨機表示有隨機性但是可以基于算法模擬出隨機規(guī)律。

Random類的構(gòu)造方式有兩種。

Random r= new Random()。會以當(dāng)前系統(tǒng)時間作為默認種子構(gòu)建一個隨機序列
Random r = new Random(unchecked((int)DateTime.Now.Ticks));。自定義一個種子，通常會使用時間Ticks。

隨機性保證

由于Random的 偽隨機 性，所以如果多個Random隨機序列生成的時間間隔很短（官方說法15ms內(nèi)），那么他們產(chǎn)生的隨機數(shù)會大概率相同。如下列代碼

 /// <summary>
  /// 錯誤的Random構(gòu)建。
  /// </summary>
  public static void Bad_Random()
  {
    //正確做法應(yīng)當(dāng)將 Random構(gòu)建防止循環(huán)外。
    //Random創(chuàng)建間隔時間極短的情況下，隨機算法序列會基本一致，倒是隨機性也是一致的
    //var r = new Random();
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
      var r = new Random();
      var val = r.Next(1, 100);
      Console.WriteLine(val);
    }
  }

運行結(jié)果：

所以在生產(chǎn)中通?？梢钥紤]將Random單例化，以保證其隨機算法的序列獨一性。這也是官方推薦的方式。

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.

這個問題在.net core下官方組件已對Random的構(gòu)建作優(yōu)化，所以上面的案例代碼如果放在.net core項目下運行，你會發(fā)現(xiàn)可以正確的生成隨機數(shù)。有興趣的小伙伴可以自己嘗試一下。不過為了代碼的延續(xù)性，還是建議Random作為單例模式設(shè)計。

那么將Random設(shè)計為單例是否就解決了隨機性的問題了呢，這時候就涉及到另外一個問題，Random不是線程安全的。如下列代碼

  /// <summary>
  /// 生成一個10位隨機數(shù)
  /// 設(shè)定了一定的復(fù)雜性，保證單線程下隨機數(shù)不重復(fù)
  /// </summary>
  /// <param name="random">Random.</param>
  /// <returns>隨機數(shù).</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>
  /// 單線程基本可以保證唯一性
  /// </summary>
  public static void Good_Random_In_SingleThread()
  {
    //正確做法應(yīng)當(dāng)將 Random構(gòu)建防止循環(huán)外。
    //Random創(chuàng)建間隔時間極短的情況下，隨機算法序列會基本一致，倒是隨機性也是一致的
    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($"單線程下重復(fù)數(shù)據(jù)有：{20000 - list.Distinct().Count()}");
  }

  /// <summary>
  /// 多線程下的Random構(gòu)建。
  /// Bad案例，Random非線程安全
  /// 多線程高并發(fā)情況下，會出現(xiàn)概率重復(fù)
  /// </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($"線程1和線程2的重復(fù)數(shù)據(jù)有：{20000 - list.Distinct().Count()}");
  }

運行結(jié)果：

這種重復(fù)率在生產(chǎn)環(huán)境上是不可接受的。那么產(chǎn)生的原因是什么呢？根源還是在 偽隨機 和 線程不安全 上。我們可以想象下，一個Random實例中基于隨機算法產(chǎn)生的一個隨機數(shù)序列，在單線程下pop出一個隨機數(shù)，然后指向下一個隨機數(shù)。而在高并發(fā)的多線程情況下，指向下一個隨機數(shù)的動作還未完成時，另一個線程又來請求pop,這樣相同的隨機數(shù)被重復(fù)pop了。

網(wǎng)上有很多多線程下Random的解決方案，我查閱了一些感覺都不是很好。以下是我的解決方案。用到了 ThreadLocal 。這個類詳細的作用大家可以自己去查閱，這里大家只需要知道這個類可以保證它包含的對象只能線程內(nèi)獨享。簡單說，同一類型對象每個線程都獨有一個Random實例互不影響。

 //利用ThreadLocal 實現(xiàn)每個線程下Random獨有
  //再通過seed原子性變更，保證每個Random的seed不同而生成的隨機數(shù)列也不同
  private static int seed = 100;
  private static ThreadLocal<Random> threadLocal = new ThreadLocal<Random>(() => new Random(Interlocked.Increment(ref seed)));

  /// <summary>
  /// 多線程下的Random構(gòu)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]線程1和線程2的重復(fù)數(shù)據(jù)有：{20000 - list.Distinct().Count()}");
  }

運行結(jié)果：