Java隨機數的幾種有趣用法

眾所周知，隨機數是任何一種程式語言最基本的特徵之一。而生成隨機數的基本方式也是相同的：產生一個0到1之間的隨機數。看似簡單，但有時我們也會忽略了一些有趣的功能。

我們從書本上學到什麼？

最明顯的，也是直觀的方式，在Java中生成隨機數只要簡單的呼叫：

java.lang.Math.random()

在所有其他語言中，生成隨機數就像是使用Math工具類，如abs, pow, floor, sqrt和其他數學函式。大多數人通過書籍、教程和課程來了解這個類。一個簡單的例子：從0.0到1.0之間可以生成一個雙精度浮點數。那麼通過上面的資訊，開發人員要產生0.0和10.0之間的雙精度浮點數會這樣來寫：

Math.random() * 10

而產生0和10之間的整數，則會寫成：

Math.round(Math.random() * 10)

進  階

通過閱讀Math.random()的原始碼，或者乾脆利用IDE的自動完成功能，開發人員可以很容易發現，java.lang.Math.random()使用一個內部的隨機生成物件 – 一個很強大的物件可以靈活的隨機產生：布林值、所有數字型別，甚至是高斯分佈。例如：

new java.util.Random().nextInt(10)

它有一個缺點，就是它是一個物件。它的方法必須是通過一個例項來呼叫，這意味著必須先呼叫它的建構函式。如果在記憶體充足的情況下，像上面的表示式是可以接受的；但記憶體不足時，就會帶來問題。

一個簡單的解決方案，可以避免每次需要生成一個隨機數時建立一個新例項，那就是使用一個靜態類。猜你可能想到了java.lang.Math，很好，我們就是改良java.lang.Math的初始化。雖然這個工程量低，但你也要做一些簡單的單元測試來確保其不會出錯。

假設程式需要生成一個隨機數來儲存，問題就又來了。比如有時需要操作或保護種子(seed)，一個內部數用來儲存狀態和計算下一個隨機數。在這些特殊情況下，共用隨機生成物件是不合適的。

並  發

在Java EE多執行緒應用程式的環境中，隨機生成例項物件仍然可以被儲存在類或其他實現類，作為一個靜態屬性。幸運的是，java.util.Random是執行緒安全的，所以不存在多個執行緒呼叫會破壞種子(seed)的風險。

另一個值得考慮的是多執行緒java.lang.ThreadLocal的例項。偷懶的做法是通過Java本身API實現單一例項，當然你也可以確保每一個執行緒都有自己的一個例項物件。

雖然Java沒有提供一個很好的方法來管理java.util.Random的單一例項。但是，期待已久的Java 7提供了一種新的方式來產生隨機數：

java.util.concurrent.ThreadLocalRandom.current().nextInt(10)

這個新的API綜合了其他兩種方法的優點：單一例項/靜態訪問，就像Math.random()一樣靈活。ThreadLocalRandom也比其他任何處理高併發的方法要更快。
經驗

Chris Marasti-Georg 指出:

Math.round(Math.random() * 10)

使分佈不平衡，例如：0.0 – 0.499999將四捨五入為0，而0.5至1.499999將四捨五入為1。那麼如何使用舊式語法來實現正確的均衡分佈，如下：

Math.floor(Math.random() * 11)

幸運的是，如果我們使用java.util.Random或java.util.concurrent.ThreadLocalRandom就不用擔心上述問題了。

Java實戰專案裡面介紹了一些不正確使用java.util.Random API的危害。這個教訓告訴我們不要使用：

Math.abs(rnd.nextInt())%n

而使用：

rnd.nextInt(n)