为什么 Random.Shared 是线程安全的
作者：互联网
在多线程环境中使用 Random 类来生成伪随机数时，很容易出现线程安全问题。例如，当多个线程同时调用 Next 方法时，可能会出现种子被意外修改的情况，导致生成的伪随机数不符合预期。
为了避免这种情况，.NET 框架引入了 Random.Shared 属性。它返回一个特殊的 Random 实例，可以在多线程环境中安全地生成伪随机数。
代码示例
下面是一个示例代码，演示了 Random.Shared 属性的使用方法：
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace MyApp
{
public class Program
{
public static void Main(string[] args)
{
// 使用 Random.Shared 属性创建一个新的 Random 实例
var random = Random.Shared;
// 创建两个新的 Task，分别用于生成伪随机数
var task1 = Task.Run(() =>
{
// 生成伪随机数
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
// 调用 Next 方法生成伪随机数
var number = random.Next();
// 输出当前线程的编号和生成的伪随机数
Console.WriteLine($"Thread1: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, number = {number}");
// 模拟耗时操作
Thread.Sleep(500);
}
});
var task2 = Task.Run(() =>
{
// 生成伪随机数
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
// 调用 Next 方法生成伪随机数
var number = random.Next();
// 输出当前线程的编号和生成的伪随机数
Console.WriteLine($"Thread2: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, number = {number}");
// 模拟耗时操作
Thread.Sleep(500);
}
});
// 等待两个 Task 完成
Task.WaitAll(task1, task2);
// 等待用户输入
Console.ReadKey();
}
}
}
|
在上面的代码中，我们使用 Random.Shared 属性创建了一个新的 Random 实例，然后在两个不同的线程中分别调用它的 Next 方法生成伪随机数。由于 Random.Shared 属性是线程安全的，所以两个线程之间的访问不会发生冲突，可以正常生成伪随机数。
原理说明
Random.Shared 属性返回的 Random 实例内部实际上使用了 [ThreadStatic] 属性，来实现对种子的线程安全访问。
[ThreadStatic] 属性用于标识一个字段，表示该字段在每个线程中都有一个独立的值。例如，如果一个字段被标记为 [ThreadStatic]，那么每个线程都会有一个单独的副本，它们之间互不影响。
举个例子，假设我们有一个类，它有一个 [ThreadStatic] 字段：
public class MyClass
{
[ThreadStatic]
public static int Counter;
}
|
在这个例子中，Counter 字段被标记为 [ThreadStatic]，表示每个线程都有一个单独的副本。例如，当我们在两个不同的线程中访问 Counter 字段时，实际上访问的是两个不同的副本，它们之间互不影响。
下面是一个示例代码，演示了 [ThreadStatic] 属性的使用方法：
using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace MyApp
{
public class Program
{
public static void Main(string[] args)
{
// 创建两个新的 Task，分别用于访问 Counter 字段
var task1 = Task.Run(() =>
{
// 访问 Counter 字段
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
// 增加 Counter 的值
MyClass.Counter++;
// 输出当前线程的编号和 Counter 的值
Console.WriteLine($"Thread1: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, Counter = {MyClass.Counter}");
// 模拟耗时操作
Thread.Sleep(500);
}
});
var task2 = Task.Run(() =>
{
// 访问 Counter 字段
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
// 增加 Counter 的值
MyClass.Counter++;
// 输出当前线程的编号和 Counter 的值
Console.WriteLine($"Thread2: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, Counter = {MyClass.Counter}");
// 模拟耗时操作
Thread.Sleep(500);
}
});
// 等待两个 Task 完成
Task.WaitAll(task1, task2);
// 等待用户输入
Console.ReadKey();
}
}
}
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在上面的代码中，我们创建了两个新的 Task，分别用于访问 Counter 字段。由于 Counter 字段被标记为 [ThreadStatic]，所以两个 Task 在不同的线程中执行，访问的是两个不同的副本。我们可以从输出结果看出，两个 Task 之间的修改不会影响到对方。
运行上面的代码可能会得到类似下面的样例结果：
Thread1: Counter = 1 Thread1: Counter = 2 Thread1: Counter = 3 Thread1: Counter = 4 Thread1: Counter = 5 Thread2: Counter = 1 Thread2: Counter = 2 Thread2: Counter = 3 Thread2: Counter = 4 Thread2: Counter = 5 |
可以看到，每个线程都会使用自己的 _counter 变量来记录递增的值，因此两个线程之间的值是不同的。
以上是 [ThreadStatic] 属性的使用方法。在 Random.Shared 属性的实现中，也采用了类似的方法，来实现种子的线程安全访问。由于每个线程都有一个单独的种子，所以它们之间互不影响，并且也不会发生线程安全问题。
使用建议
在多线程环境中，我们建议使用 Random.Shared 属性来生成伪随机数。它能够提供线程安全的保证，避免出现种子被意外修改的情况。
总结
通过使用 [ThreadStatic] 属性，.NET 框架实现了线程安全的 Random.Shared 属性。它允许我们在多线程环境中安全地生成伪随机数，而不用担心种子被意外修改的情况。