ThreadLocalRandom 替代 Math/random

Question

标准的 Math.random() 通过声明为同步静态方法而线程安全。

此补丁使用 java.util.concurrent.ThreadLocalRandom，这在简单的单线程 criterium.core/bench 中实际上比普通的 Math.random() 快两倍。

我之所以调查该函数，是为了确保在性能测试多线程负载生成时，随机数生成不是一个瓶颈。

如果需要的话，当然可以根据类 java.util.concurrent.ThreadLocalRandom 的存在来做出条件声明（像 fj-reducers 一样），如果 Clojure 1.7 要与 Java 版本 < 1.7 兼容。

Answer 1

_由：claj_发表的评论

当前 rand（clojure 1.6.0）的基准测试，$ java -version
java 版本 "1.7.0_51"
OpenJDK 运行时环境 (IcedTea 2.4.4) (7u51-2.4.4-0ubuntu0.13.10.1)
OpenJDK 64位服务器 VM (构建 24.45-b08, 混合模式)

:jvm-opts ^:replace [] (即不向 JVM 传递任何参数)


(bench (rand 10))                                                                                                                                                                                                                                                       
评估次数：1281673680，样本大小为60，每个样本调用21361228次。                                                                                                                                                                                                                                                    
             平均执行时间：43.630075 纳秒                                                                                                                                                              
    执行时间的标准差：0.420801 纳秒                                                                                                                                                                                                
   执行时间的下四分位数：42.823363 纳秒（2.5%）                                                                                                                                                                          
   执行时间的上四分位数：44.456267 纳秒（97.5%）                                                                                                                                                                      
                   使用开销：3.194591 纳秒                                                                                                                                                           
                                                                                                                                                                                                                                   
在60个样本中找到了1个异常值（1.6667%）                                                                                                                                                                       
        轻度严重        1 (1.6667 %)                                                                                                                            
异常值的影响：1.6389 % 协方差因异常值略微膨胀

Clojure 1.7.0-master-SNAPSHOT.

(bench (rand 10))                                                                                       
评估次数：2622694860 次，取自 60 个样本，每个样本 43711581 次。
             平均执行时间：20.474605 纳秒
   标准偏差：0.248034 纳秒
   下四分位数：20.129894 纳秒（2.5%）
   上四分位数：21.009303 纳秒（97.5%）
             开销：2.827337 纳秒
                                                                                                              
在 60 个样本中找到 2 个异常值（3.3333 %）
        轻度严重        2 (3.3333 %)                                                          
异常值的影响：1.6389 % 协方差因异常值略微膨胀

在 Clojure 1.6.0 上也得到类似的结果，且运行了多个不同测试，结果亦相同。java.util.Random.nextInt 方法非常差劲。ThreadLocalRandom 版本的 .nextInt 方法要好一些，但 rand-int 可以取负整数，这会导致一些争论转换，因为 (.nextInt (ThreadLocalRandom/current) n) 需要上界和下界，而不仅仅是随机数 [0,1) 的简单乘法。

更改：

(.nextDouble (ThreadLocalRandom/current) 参数) 非常迅速，但不能处理负参数。直接乘法的速度约为 30 纳秒。

Answer 2

评论者：claj

添加了一些简单的测试来确保rand和rand-int可以接受比率、双精度浮点数和各种类型的负数。真正的测试可能包括重复的生成测试，这些测试主要是为了了解各种论证是否有效等。

Answer 3

评论者：claj

0001-rand-using-ThreadLocalRandom-and-tests-for-random.patch包含更改（rand）以及测试用例。

Answer 4

评论者：alexmiller

Clojure需要Java 1.6.0，因此以后需要重新考虑这一点。目前我们还没有计划将Clojure 1.7的最低JDK要求提高，但这当然可以改变。

Answer 5

评论者：gfredericks

我一直认为，由于无法对PRNG进行播种，因此随机特性在一般情况下效用有限，而使用* } 动态变量将是一种合理的方式。

也许可以通过标准库部分解决这两个问题？我已在https://github.com/fredericksgary/four开始了这一工作，但丛而贡献库可能更容易为所有人标准化。

Answer 6

评论者：claj

Gary，我全力支持创建一些精心设计的随机库，这可以作为clojure.core.random库的候选，如果这有用的话。

请看http://code.google.com/p/javarng/，因为这个库似乎做到了你的库four所做到的（以及更多）。可能我们可以从这个库中恢复API、算法或两者。

我将通过邮件联系你！

Answer 7

评论者：gfredericks

回想起来，clojure.core中的rand变量不应该引入破坏性变更，所以我将为此创建一个工单来看看结果。这至少应该能够解决关于{{binding}}的并发问题。我唯一能想到的反对意见是动态变量的性能问题？

Answer 8

评论者：gfredericks

新问题在CLJ-1452。

Answer 9

评论者：jafingerhut

修改日期为2014年5月11日的补丁0001-rand-using-ThreadLocalRandom-and-tests-for-random.patch在第8次提交到Clojure（2014年8月29日）之后无法干净地应用到最后的主分支上。在那一天之前可以干净地应用。

我没有检查更新这个补丁可能容易或困难。见本页面的“更新过时的补丁”部分有关更新补丁的技巧： http://dev.clojure.org/display/community/Developing Patches

Answer 10

参考： https://clojure.atlassian.net/browse/CLJ-1420（由claj报告）