golang源码学习之math/rand

本文不对具体的实现作分析,而是为了解决下面两个问题。

• 相同种子,为什么每次运行的结果一样?
• 不同的种子, 为什么每次运行的结果有可能一样?

从下面两句代码开始分析吧

 rand.Seed(10)
 rand.Int()

// math/rand/rand.go
func Seed(seed int64) { globalRand.Seed(seed) }
// globalRand 全局变量
var globalRand = New(&lockedSource{src: NewSource(1).(Source64)})
func NewSource(seed int64) Source {
 var rng rngSource
 //最终Seed的是 rngSource
 rng.Seed(seed) 
 return &rng
}

Seed

// math/rand/rng.go
func (rng *rngSource) Seed(seed int64) {
 rng.tap = 0
 rng.feed = rngLen - rngTap
 // seed 为in64,而int32max为 (1 << 31) - 1, seed的取值范围远远比int32max大,所以取模之后会得到一些相同的seed
 seed = seed % int32max
 if seed < 0 {
 seed += int32max
 }
 if seed == 0 {
 seed = 89482311
 }
 x := int32(seed)
 // vec是个缓存数组, 初始化vec
 // 下面的计算都是写死的,不存在随机性,所以相同的seed得到的vec也是相同的
 for i := -20; i < rngLen; i++ {
 x = seedrand(x)
 if i >= 0 {
 var u int64
 u = int64(x) << 40
 x = seedrand(x)
 u ^= int64(x) << 20
 x = seedrand(x)
 u ^= int64(x)
 u ^= rngCooked[i]
 rng.vec[i] = u
 }
 }
}

不同的seed通过取模可能得到相同的seed。相同的seed得到的初始化的vec也是相同的。
这是似乎快解答上面两个问题了。继续往下看,看看随机数是如何获取的

//math/rand/rand.go
func (r *Rand) Int() int {
 u := uint(r.Int63())
 return int(u << 1 >> 1) // clear sign bit if int == int32
}
func (r *Rand) Int63() int64 { 
 // 这里的r.src其实就是上面的rngSource,最终执行的是rngSource里面的Int63()
 return r.src.Int63() 
}

Int63

// math/rand/rng.go
func (rng *rngSource) Int63() int64 {
 return int64(rng.Uint64() & rngMask)
}
func (rng *rngSource) Uint64() uint64 {
 // tap和feed在前面的代码中也未作修改, 所以在下面的计算中每次得到的tap和feed都是一样的。
 rng.tap--
 if rng.tap < 0 {
 rng.tap += rngLen
 }
 rng.feed--
 if rng.feed < 0 {
 rng.feed += rngLen
 }
 // 根据feed和tap两个索引在vec中取值
 x := rng.vec[rng.feed] + rng.vec[rng.tap]
 // 修改feed对应的值
 rng.vec[rng.feed] = x
 return uint64(x)
}

在vec相同的情况下,每次运行得到的结果都是一样的。再综合上面的结论可以解答上面的两个问题了。
其实不光rand.Int()会调用Int63,Intn、Uint32、Int31、Int63n也会调用Int63。

总结:math/rand是个伪随机数,如果想获取真正的随机数那么还是用crypto/rand吧。

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