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。