随机数在不同进程中与相同的 .Net 代码冲突

Question

在开始之前，我想指出我很确定这确实发生了。我所有的日志都表明确实如此。

我想知道我是不是错了，这是不可能的，是不是非常不可能（我怀疑），或者是不是不太可能，我做的事情根本上是错误的。强>

我有 4 个相同代码的实例作为 Windows 服务在同一台服务器上运行。此服务器有一个多核 (4) 处理器。

以下是代码摘要：

public class MyProcess
{
    private System.Timers.Timer timer;

    // execution starts here
    public void EntryPoint()
    {
        timer = new System.Timers.Timer(15000);  // 15 seconds
        timer.Elapsed += new System.Timers.ElapsedEventHandler(Timer_Elapsed);
        timer.AutoReset = false;

        Timer_Elapsed(this, null);
    }

    private void Timer_Elapsed(object sender, System.Timers.ElapsedEventArgs e)
    {
        string uid = GetUID();

        // this bit of code sends a message to an external process.
        //  It uses the uid as an identifier - these shouldn't clash!
        CommunicationClass.SendMessage(uid);

        timer.Start();
    }

    // returns an 18 digit number as a string
    private string GetUID()
    {
        string rndString = "";
        Random rnd = new Random((int)DateTime.Now.Ticks);
        for (int i = 0; i < 18; i++)
        {
            rndString += rnd.Next(0, 10);
        }
        return rndString;
    }

接收这些消息的外部进程感到困惑 - 我认为是因为相同的 uid 来自两个独立的进程。基于此，GetUID() 方法似乎为两个单独的进程返回了相同的“随机”18 位字符串。

我使用 DateTime.Now.Ticks 为 Random 类播种，我认为这会在线程之间提供保护 - 一个滴答声是 100 纳秒，当然两个线程无法获得相同的种子值。

我显然没有考虑到我们不是在谈论线程，而是在谈论多核处理器上的进程。这意味着这段代码可以字面上同时运行两次。我认为这就是造成冲突的原因。

以大约 15 秒的间隔运行相同代码的两个进程设法在 100 纳秒内命中相同的代码。这可能吗？我在正确的轨道上吗？

非常感谢您的想法或建议。

---

为了澄清，我不能真正使用 GUID - 我正在与之通信的外部进程需要一个 18 位数字。太旧了，可惜改不了了。

Answer 1

除非出于某种原因您不能这样做，否则您应该考虑为此目的使用 GUID。您将通过这种方式消除碰撞。

每条评论：您可以使用 GUID 和 64 位 FNV hash 并使用 XOR-folding 使您的结果在您拥有的 59 位范围内。不像 GUID 那样防碰撞，但比您拥有的更好。

Answer 2

您不希望 随机 数字用于此目的，您需要 唯一 数字。我和@JP 在一起。我认为您应该考虑使用 GUID 作为您的消息 ID。

编辑：如果你不能使用 GUID，那么想办法获得一个唯一的 64 位数字，并使用它的连续 3 位块作为索引8 个字符的字母表（扔掉未使用的高位）。一种方法是建立一个数据库，您可以在其中为每个新消息创建一个条目，并使用自动递增的 64 位整数作为键。使用密钥并将其转换为 18 个字符的消息 ID。

如果您不想依赖数据库，您可以获得在特定条件下工作的东西。例如，如果消息只需要在进程的生命周期内是唯一的，那么您可以使用进程 id 作为值的 32 位，并从随机数生成器中获取剩余的 22 位。由于没有两个同时运行的进程可以具有相同的 id，因此应保证它们具有唯一的消息 id。

如果您的情况不符合上述任何一种情况，无疑还有许多其他方法可以做到这一点。

Answer 3

试着用这个函数代替 DateTime.Now.Ticks：

public static int GetSeed()
{
    byte[] raw = Guid.NewGuid().ToByteArray();
    int i1 = BitConverter.ToInt32(raw, 0);
    int i2 = BitConverter.ToInt32(raw, 4);
    int i3 = BitConverter.ToInt32(raw, 8);
    int i4 = BitConverter.ToInt32(raw, 12);
    long val = i1 + i2 + i3 + i4;
    while (val > int.MaxValue)
    {
        val -= int.MaxValue;
    }
    return (int)val;
}

这基本上将 Guid 转换为 int。理论上你可以得到重复，但这在宇宙中是不可能的。

编辑：甚至只是使用：

Guid.NewGuid().GetHashCode();

另一方面，使用 DateTime.Now.Ticks 几乎可以保证在某个时间点发生冲突。在 Windows 编程中，以远远超出计时器实际精度的单位指定计时器的分辨率是很常见的（我首先使用 Visual Basic 3.0 的计时器控件遇到此问题，该控件以毫秒为单位设置，但实际上只关闭了 18 次）第二）。我不确定这一点，但我敢打赌，如果你只是运行一个循环并打印出 DateTime.Now.Ticks，你会看到这些值以 15 毫秒左右的间隔量化。因此，随着 4 个进程的进行，实际上很可能其中两个最终会为 Random 函数使用完全相同的种子。

由于基于 Guid 的 GetSeed 函数产生重复的可能性非常小，因此理想情况下，您希望创建某种预先计算的唯一数字库。但是，由于您在这里谈论的是单独的进程，因此您必须想出某种方法来缓存所有进程都可以读取它们的值，这很麻烦。

如果您想担心极不可能发生的事件，请购买彩票。

Answer 4

实现此目的的另一种方法是不使用 Random 类，因为它充满了此类问题。您可以使用 System.Security.Cryptography 中提供的加密质量随机数生成器完成相同的功能（随机 18 位数字）。

我已修改您的代码以使用 RNGCryptoServiceProvider 类生成 id。

// returns an 18 digit number as a string
private string GetUID()
{
    string rndString = "";
    var rnd = new RNGCryptoServiceProvider();
    var data = new byte[18];
    rnd.GetBytes(data); 
    foreach(byte item in data)
    {
        rndString += Convert.ToString((int)item % 10);
    }
    return rndString;
}

Answer 5

是的，它可能发生，因此它确实发生了。

您应该只在启动时初始化 Random 一次。如果您有许多线程同时启动，请获取 DateTime.Now.Ticks 的副本并将其传递给具有已知偏移量的每个线程，以防止同时初始化。

Answer 6

我也同意 GUID 的想法。

至于你原来的问题，因为 Ticks 很长，这个语句：

(int)DateTime.Now.Ticks

会导致溢出。不知道接下来会发生什么坏事……