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Java如何生成随机数?

赋能网 2023-05-10 96


    在 java 中,生成随机数的场景有很多,所以本文我们就来盘点一下 4 种生成随机数的方式,以及它们之间的区别和每种生成方式所对应的场景。

1、Random

    Random 类诞生于 JDK 1.0,它产生的随机数是伪随机数,也就是有规则的随机数。Random 使用的随机算法为 linear congruential pseudorandom number generator (LGC) 线性同余法伪随机数。在随机数生成时,随机算法的起源数字称为种子数(seed),在种子数的基础上进行一定的变换,从而产生需要的随机数字。

    Random 对象在种子数相同的情况下,相同次数生成的随机数是相同的。比如两个种子数相同的 Random 对象,第一次生成的随机数字完全相同,第二次生成的随机数字也完全相同。默认情况下 new Random() 使用的是当前纳秒时间作为种子数的。

2、ThreadLocalRandom

    ThreadLocalRandom 是 JDK 1.7 新提供的类,它属于 JUC(java.util.concurrent)下的一员,为什么有了 Random 之后还会再创建一个 ThreadLocalRandom?

    原因很简单,通过上面 Random 的源码我们可以看出,Random 在生成随机数时使用的 CAS 来解决线程安全问题的,然而 CAS 在线程竞争比较激烈的场景中效率是非常低的,原因是 CAS 对比时老有其他的线程在修改原来的值,所以导致 CAS 对比失败,所以它要一直循环来尝试进行 CAS 操作。所以在多线程竞争比较激烈的场景可以使用 ThreadLocalRandom 来解决 Random 执行效率比较低的问题。

    当我们第一眼看到 ThreadLocalRandom 的时候,一定会联想到一次类 ThreadLocal,确实如此。ThreadLocalRandom 的实现原理与 ThreadLocal 类似,它相当于给每个线程一个自己的本地种子,从而就可以避免因多个线程竞争一个种子,而带来的额外性能开销了。

3、SecureRandom

    SecureRandom 继承自 Random,该类提供加密强随机数生成器。SecureRandom 不同于 Random,它收集了一些随机事件,比如鼠标点击,键盘点击等,SecureRandom 使用这些随机事件作为种子。这意味着,种子是不可预测的,而不像 Random 默认使用系统当前时间的毫秒数作为种子,从而避免了生成相同随机数的可能性。

4、Math

    Math 类诞生于 JDK 1.0,它里面包含了用于执行基本数学运算的属性和方法,如初等指数、对数、平方根和三角函数,当然它里面也包含了生成随机数的静态方法 Math.random() ,此方法会产生一个 0 到 1 的 double 值。
    其中 Math 是对 Random 的封装,所以二者比较类似。Random 生成的是伪随机数,是以当前纳秒时间作为种子数的,并且在多线程竞争比较激烈的情况下因为要进行 CAS 操作,所以存在一定的性能问题,但对于绝大数应用场景来说,使用 Random 已经足够了。当在竞争比较激烈的场景下可以使用 ThreadLocalRandom 来替代 Random,但如果对安全性要求比较高的情况下,可以使用 SecureRandom 来生成随机数,因为 SecureRandom 会收集一些随机事件来作为随机种子,所以 SecureRandom 可以看作是生成真正随机数的一个工具类。

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