Go1.22 新特性：新的 math/rand/v2 库，更快更标准！

大家好，我是煎鱼。

Go 首个标准库的 v2 版本，来自 math/rand/v2 库。将在 Go1.22 正式发布和对外生产可用。

本次由 Go 核心团队负责人 @Russ Cox 推动和发起。

变动原因

选择 math/rand 库做第一个 v2 标准库变动的原因如下：

1. 标准库里的 math/rand 的老毛病和待提高的地方太多了。例如：过时的生成器、缓慢的算法（性能），以及与 crypto/rand.Read 的不幸冲突等问题。
2. 计划推动标准库的 v2 版本升级。先用 math 试试水，积累经验。例如：解决工具生态的问题（gopls、goimports 等工具对 v2 包的支持）。后续再对风险更高的包（如：sync/v2 或 encoding/json/v2）进行新版本迭代。
3. Go1 要求兼容性保障，没法直接对原库进行变更。math/rand 的问题也比较显著和明显。

变动清单

• 删除 Rand.Read 和顶层的 Read。
• 移除 Source.Seed、Rand.Seed 和顶层 Seed。（意味着像 Int 这样的顶层函数将总是随机播种）
• 移除 Source64，现在 Source 提供了 Uint64 方法，原有的方法没有必要存在了。
• 在 Float32 和 Float64 中使用更直接的实现。以 Float64 为例，它最初使用 float64(r.Int63()) / (1<<63)。但这有一个问题，就是偶尔会四舍五入到 1.0，而 Float64 一定不会。我们期望改成 float64(r.Int63n(1<<53)) / (1<<53)，这就避免了四舍五入的问题。
• 用 Rand.Shuffle 的方式实现 Rand.Perm。Shuffle 的效率更高一些，这样可以确保只有一个实现。
• 将 Int31、Int31n、Int63、Int64n 更名为 Int32、Int32n、Int64、Int64n。这些名字是不必要的迂腐和混乱。
• 添加 Uint32, Uint32n, Uint64, Uint64n, Uint, Uintn，将会是 Rand 上的顶级函数和方法。
• 在 Intn, Uintn, Int32n, Uint32n, Int64n, Uint64n 中使用 Lemire 的算法。性能会有新的突破。
• 添加一个新的 Source 实现，PCG-DXSM。包含：NewPCG 等相关 API 可以调用。
• 删除 Mitchell & Reeds LFSR 生成器和 NewSource。

一些案例

Read、Seed 函数已被删除

在 math/rand 中存在 Read 函数，他在 v1 版本已经被弃用。

Seed 函数也是：

以上两个方法在 v2 版本中已被正式剔除。

Read，如有类似使用的诉求，会建议使用 crypto/rand 的 Read 来代替：

import (
 "crypto/rand"
 "fmt"
)

func main() {
 b := make([]byte, 3)
 _, err := rand.Read(b)
 if err != nil {
  panic(err)
 }
 fmt.Printf("煎鱼: %v\n", b)
}

输出结果：

煎鱼: [49 71 122]

Seed，建议调用 New(NewSource(seed)) 来重新初始化随机数生成器。

变更部分内部算法实现

函数 N、IntN、UintN 使用了新的实现算法，有兴趣的同学可以另外抽时间详细看：《A fast alternative to the modulo reduction^[1]》。

新增和改变各 IntN 等函数

以前的函数名有混淆且命名不够规范的问题。

函数 Intn、Int31、Int31n、Int63、Int64n 已分别重命名为 IntN、Int32、Int32N、Int64、Int64N。

新增了函数 Uint32、Uint32N、Uint64、Uint64N、Uint、UintN 来生成随机无符号整数。也作为同名函数添加到结构体 Rand 中。

新增 N 函数

添加了一个函数 N，用于生成任意整数类型的随机数。该函数是基于泛型实现的，以下整数类型是他的类型参数：

type intType interface {
 ~int | ~int8 | ~int16 | ~int32 | ~int64 |
  ~uint | ~uint8 | ~uint16 | ~uint32 | ~uint64 | ~uintptr
}

总结

今天给大家再次分享和更进一步描述了新的 math/rand/v2 库，本次主要变更点在于性能优化（算法重写）、规范和统一、新的随机生成器和实现补充等。

完整阐述的话内容物是比较多的，本次仅挑了一些我觉得使用端上有必要了解的。如果有想进一步了解的同学可以细看：math/rand/v2^[2]。

推荐阅读

参考资料

[1]

A fast alternative to the modulo reduction: https://lemire.me/blog/2016/06/27/a-fast-alternative-to-the-modulo-reduction/

[2]

math/rand/v2: https://pkg.go.dev/math/rand/v2@master

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