在c ++ 11中的另一个线程中预先生成随机数

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时间用于生成这些随机数.

我想要做的是以不阻塞模拟主循环的方式生成这些随机数.更确切地说,我想有一个线程,其工作是始终保持随机数"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.

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;
}

我用它编译它 clang++ -O2 --std=c++11 --stdlib=libc++ test.cpp -o test

[编辑:上面加了-O2]

Answer 1

您应该尝试的第一件事是启用优化.尝试在clang命令行中添加-O2选项.

Answer 2

使用有界队列并让一个线程将随机数推入此队列,并在队列满时让该线程阻塞队列.要获取随机数,请从队列中取出一个数字,并在队列为空时让消费者线程阻塞队列.

当队列中有空间和可用的cpu时间时,这种简单的设计将让生产者产生随机数.

优化:使用包含随机数列表的队列.在这种情况下,生产者将生成一个包含随机数的完整列表.消费者将使用列表中的列表保留缓存(可能在EXPGenerator内部).一旦缓存为空,缓存将填充队列中的新列表.这将减少上下文切换开销,并且应当(原因)仅应用,在测量显示时,这是有意义的.

队列应该基本上是一些std :: deque,其中T是随机数,或std :: vector(随机数列表).使用互斥锁同步对该std:队列的访问,并使用两个条件变量.一,表示有空间再次插入更多随机数.并且要发信号通知,队列中已经存在至少一个元素.让消费者等待第二个条件,当队列为空时让生产者等待第一个条件,当队列满了.