Rustで乱数生成するときの処理速度の違い

Rustで乱数を生成するときに rand クレイトを使用しますが、無意識に rand::thread_rng()を使ってしまったりします。

暗号の強度より処理速度を優先したい場合、他の乱数生成アルゴリズムを使うと良い場面があります。
そこでrandクレイトで使えるアルゴリズムの処理速度を比較してみました。

前提条件

$ system_profiler -detailLevel mini | grep "Hardware Overview" -n12 | tail -n15
123-Hardware:
124-
125:    Hardware Overview:
126-
127-      Model Name: MacBook Pro
128-      Model Identifier: MacBookPro12,1
129-      Processor Name: Intel Core i5
130-      Processor Speed: 2.7 GHz
131-      Number of Processors: 1
132-      Total Number of Cores: 2
133-      L2 Cache (per Core): 256 KB
134-      L3 Cache: 3 MB
135-      Memory: 16 GB
136-      Boot ROM Version: MBP121.0167.B33
137-      SMC Version (system): 2.28f7

$ sw_vers
ProductName:	Mac OS X
ProductVersion:	10.12.6
BuildVersion:	16G29

$ rustc --version
rustc 1.22.0-nightly (01c65cb15 2017-09-20)

ベンチマーク結果

結論から言うと、処理速度を優先したい場合はrand::XorShiftRngを使うのがよいようです。

test bench_rng_chacha       ... bench:          31 ns/iter (+/- 2)
test bench_rng_isaac        ... bench:          16 ns/iter (+/- 3)
test bench_rng_isaac64      ... bench:           7 ns/iter (+/- 0)
test bench_rng_osrng        ... bench:       1,119 ns/iter (+/- 110)
test bench_rng_random       ... bench:          55 ns/iter (+/- 5)
test bench_rng_std          ... bench:           7 ns/iter (+/- 0)
test bench_rng_thread_rng   ... bench:          48 ns/iter (+/- 3)
test bench_rng_xorshift     ... bench:           5 ns/iter (+/- 1)

ベンチマークのソースコード

#![feature(test)]

extern crate test;
extern crate rand;

use test::Bencher;
use rand::{random, thread_rng, Rng, XorShiftRng, ChaChaRng, IsaacRng, Isaac64Rng, OsRng, StdRng};

#[bench]
fn bench_rng_random(b: &mut Bencher) {
    b.iter(|| {
        random::<f64>()
    });
}

#[bench]
fn bench_rng_thread_rng(b: &mut Bencher) {
    let mut rng = thread_rng();
    b.iter(|| {
        rng.gen_range(0., 1.)
    });
}

#[bench]
fn bench_rng_xorshift(b: &mut Bencher) {
    let mut rng = XorShiftRng::new_unseeded();
    b.iter(|| {
        rng.gen_range(0., 1.)
    });
}

#[bench]
fn bench_rng_chacha(b: &mut Bencher) {
    let mut rng = ChaChaRng::new_unseeded();
    b.iter(|| {
        rng.gen_range(0., 1.)
    });
}

#[bench]
fn bench_rng_isaac(b: &mut Bencher) {
    let mut rng = IsaacRng::new_unseeded();
    b.iter(|| {
        rng.gen_range(0., 1.)
    });
}

#[bench]
fn bench_rng_isaac64(b: &mut Bencher) {
    let mut rng = Isaac64Rng::new_unseeded();
    b.iter(|| {
        rng.gen_range(0., 1.)
    });
}

#[bench]
fn bench_rng_osrng(b: &mut Bencher) {
    let mut rng = OsRng::new().expect("OsRng::new() error.");
    b.iter(|| {
        rng.gen_range(0., 1.)
    });
}

#[bench]
fn bench_rng_std(b: &mut Bencher) {
    let mut rng = StdRng::new().expect("StdRng::new() error.");
    b.iter(|| {
        rng.gen_range(0., 1.)
    });
}

リファレンス

• rand - Rust