如何在 Rust 中为不同线程克隆随机数生成器？

Question

我正在研究基于 C++ 代码库（PBRT，如果有人熟悉的话）的光线追踪器的 Rust 实现。C++ 版本定义的类之一是一系列采样器，以减少渲染图像中的噪声。在渲染过程中，每当需要随机数时，该采样器就会被克隆到每个渲染线程中。这就是我在 Rust 中选择的做法，我承认这有点复杂：

#[derive(Clone)]
pub struct PixelSampler {
    samples_1d: Vec<Vec<f64>>,
    samples_2d: Vec<Vec<Point2<f64>>>,
    current_1d_dimension: i32,
    current_2d_dimension: i32,
    rng: rngs::ThreadRng
}
pub enum Samplers {
    StratifiedSampler {x_samples: i64, y_samples: i64, jitter_samples: bool, pixel: PixelSampler },
    ZeroTwoSequenceSampler { pixel: PixelSampler }
}

impl Clone for Samplers {
    fn clone(&self) -> Self {
        match self {
            Samplers::StratifiedSampler { x_samples, y_samples, jitter_samples, pixel } => { 
                Samplers::StratifiedSampler {x_samples: *x_samples,
                                             y_samples: *y_samples,
                                             jitter_samples: *jitter_samples,
                                             pixel: pixel.clone() }
             }
            Samplers::ZeroTwoSequenceSampler { pixel } => { Samplers::ZeroTwoSequenceSampler{ pixel: pixel.clone() } }
        }
    }
}

然后我还有一个Integrator它有一个Samplers变体字段。在我的主渲染循环中，我为每个线程运行以下循环：

for _ in 0..NUM_THREADS {
    let int_clone = integrator.clone(); // integrator just contains a Samplers
    thread_vec.push(thread::spawn(move || {
        loop {
            // do main rendering loop
        }
    }));
}

但是当我用这个编译时，我收到错误：

“该特征std::marker::Send没有实现std::ptr::NonNull<rand::rngs::adapter::reseeding::ReseedingRng<rand_chacha::chacha::ChaCha20Core, rand_core::os::OsRng>>”。

我的理解是，因为我只将克隆版本移动到线程中，所以Send不需要实现。我究竟做错了什么？

Answer 1

正如thread_rng()文档所说，它是：

[...]本质上只是对线程本地内存中 PRNG 的引用。

因此，通过克隆“rng”，您并没有复制生成器及其状态（我认为这是您的意图），而是创建了线程本地 RNG 的新句柄。这个句柄不是故意的，Send因为它访问线程本地 RNG 时不加锁以提高效率。

如果您希望结构体包含实际的 RNG，并克隆该结构体以复制它，则可以使用该StdRng类型，这是推荐的、高效且安全的 RNG。要实例化它，请使用特征中的方法SeedableRng。例如：

#[derive(Clone)]
pub struct PixelSampler {
    samples_1d: Vec<Vec<f64>>,
    samples_2d: Vec<Vec<Point2<f64>>>,
    current_1d_dimension: i32,
    current_2d_dimension: i32,
    rng: StdRng,
}
// ...

let sampler = Samplers::ZeroTwoSequenceSampler {
    pixel: PixelSampler {
        samples_1d: vec![],
        samples_2d: vec![],
        current_1d_dimension: 0,
        current_2d_dimension: 0,
        rng: SeedableRng::from_entropy(),
    },
};
// compiles because StdRng is Send
std::thread::spawn(move || sampler).join().unwrap();

操场上的完整例子。