c++ - c++11在另一个线程中提前生成随机数

Question

对于 C++ 中的一些数值模拟，我需要生成许多具有指数分布的随机数(都具有相同的预定分布)。目前，我的程序运行良好，但超过 50% 的 CPU 时间花在了生成这些随机数上。

我想做的是以不阻塞模拟主循环的方式生成这些随机数。更准确地说，我想要一个线程，它的工作是始终保持一个随机数“提前准备好”，并在有人读取这个随机数时立即生成一个新的随机数。

有人知道这样做的好方法吗？

目前，我的顺序代码如下所示:

#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <random>

using namespace std;

// exponential random variable with parameter lambda
class EXPGenerator{
    exponential_distribution<> expo;
    mt19937 engine; //mersene twister
public:
    EXPGenerator(double lambda){
        expo = exponential_distribution<>(lambda);
        engine = mt19937(time(NULL));
    }

    double step(){  
        return expo(engine);
    }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    EXPGenerator expgen(2.0);
    for(int i=0; i<100000; i++) {
        double randv(expgen.step());
        std::cout << randv << endl;
        // do something complicated
    }
    return 0;
}

我使用 clang++ -O2 --std=c++11 --stdlib=libc++ test.cpp -o test 编译它

[编辑:在上面添加了 -O2]

Answer 1

使用有界队列，让一个线程将随机数插入该队列，并在队列已满时让该线程阻塞在队列上。要获得一个随机数，请从该队列中拉出一个数字，并在队列为空时让消费者线程阻塞在队列上。

当队列中有空间且 cpu 时间可用时，这个简单的设计将让生产者产生随机数。

优化:使用带有随机数列表的队列。在这种情况下，生产者将产生一个带有随机数的完整列表。消费者将保留一个缓存(可能在 EXPGenerator 内部)，其中包含队列外的列表。一旦缓存为空，缓存将被队列中的新列表填充。这将减少上下文切换开销，并且应该(当然)仅在测量显示有意义时才应用。

队列基本上应该是一些 std::deque，T 是一个随机数，或者 std::vector(随机数列表)。使用互斥锁来同步对该 std:queue 的访问并使用两个条件变量。第一，表示有空间再次插入更多随机数。一个表示队列中已经至少有一个元素。当队列为空时让消费者等待第二个条件，当队列满时让生产者等待第一个条件。