Java如何生成隨機數 - Random、ThreadLocalRandom、SecureRandom

瘦風發表於2021-12-14
Java隨機randomthread
Java7 的Random偽隨機數和執行緒安全的ThreadLocalRandom
一、Random偽隨機數:

Random 類專門用於生成一個偽隨機數，它有兩個構造器: 一個構造器使用預設的種子(以當前時間作為種子) ，另 個構造器需要程式設計師顯式傳入一個 long 整數的種子.
當使用預設的種子或傳入相同的種子構造 Random 物件時，它們屬於同一個種子,只要兩個 Random 物件的種子相同，而且方法的呼叫順序也相同，它們就會產生相同的數字序列 也就是說， Random 產生的數字並不是真正隨機的，而是一種偽隨機。

![](https://img2020.cnblogs.com/blog/1438655/202102/1438655-20210208160430455-983724190.png)


常用解決方案:

為了避免兩個 Random 物件產生相同的數字序列，通常推薦使用當前時間作為 Random 物件的種子:

Random rand = new Random(System.currentTimeMi11is());

二、ThreadLocalRandom

ThreadLocalRandom 類是 Java 新增的 ，它 Random 的增強版 在併發訪 問的環境下，使用ThreadLocalRandom 來代替 Random 可以減少多執行緒資源競爭，最終保證系統具有更好的執行緒安全性。

多執行緒環境下使用 ThreadLocalRandom 的方式與使用 Random 基本一樣，示例如下：

ThreadLocalRandom random = ThreadLocalRandom.current();
// 生成一個 3-10 之間（包括3，不包括10）的偽隨機整數
int num1 = random.nextInt(3, 10);
// 生成一個 2.0-10.0 之間的偽隨機浮點數
int num2 = random.nextDouble(2.0, 10.0);

Random即：java.util.Random，
ThreadLocalRandom 即：java.util.concurrent.ThreadLocalRandom
SecureRandom即：java.security.SecureRandom


Q：Random是不是執行緒安全的？
A：Random是執行緒安全的，但是多執行緒下可能效能比較低。
參考：
http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/Random.html
http://stackoverflow.com/questions/5819638/is-random-class-thread-safe

Q：ThreadLocalRandom為什麼這麼快？
A：其實這個看下原始碼就知道了。。因為Random用了很多CAS的類，ThreadLocalRandom根本沒有用到。

Q：為什麼在高強度要求的情況下，不要用Random？
A：特別是在生成驗證碼的情況下，不要使用Random，因為它是線性可預測的。記得有個新聞說的是一個賭博網站，為了說明其公平，公開的它的原始碼，結果因為隨機數可預測漏洞被攻擊了。所以在安全性要求比較高的場合，應當使用SecureRandom。

update 2014-4-22:  http://news.cnblogs.com/n/206074/

參考：http://www.inbreak.net/archives/349

Q：從理論上來說計算機產生的隨機數都是偽隨機數，那麼如何產生高強度的隨機數？
A：產生高強度的隨機數，有兩個重要的因素：種子和演算法。當然演算法是可以有很多的，但是如何選擇種子是非常關鍵的因素。如Random，它的種子是System.currentTimeMillis()，所以它的隨機數都是可預測的。那麼如何得到一個近似隨機的種子？這裡有一個很別緻的思路：收集計算機的各種資訊，如鍵盤輸入時間，CPU時鐘，記憶體使用狀態，硬碟空閒空間，IO延時，程式數量，執行緒數量等資訊，來得到一個近似隨機的種子。這樣的話，除了理論上有破解的可能，實際上基本沒有被破解的可能。而事實上，現在的高強度的隨機數生成器都是這樣實現的。
比如Windows下的隨機數生成器：
http://blogs.msdn.com/b/michael_howard/archive/2005/01/14/353379.aspx
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa379942%28VS.85%29.aspx
Linux下的 /dev/random：
http://zh.wikipedia.org/wiki//dev/random
據SecureRandom的Java doc，說到在類unix系統下，有可能是利用 /dev/random，來實現的。


其它的一些有意思的東東：
最快的安全性要求不高的生成UUID的方法（注意，強度不高，有可能會重複）：
new UUID(ThreadLocalRandom.current().nextLong(), ThreadLocalRandom.current().nextLong());
在一個網站上看到的，忘記出處了。


隨機生成產生隨機數的函式？
是否可以利用一個隨機數生成器來生成一系列的隨機程式碼，然後作為一個新的隨機數生成器？貌似強度是傳遞的，似乎沒意義。

綜述
生成隨機數是很常見的任務。 這也是 JAVA 提供 Random 的原因。但是它在多執行緒環境中效能並不高。

簡單來說，Random 之所以在多執行緒環境中效能不高的原因是多個執行緒共享同一個 Random 例項並進行爭奪。

為了解決這個限制，JAVA 在 JDK 7 中引入了 ThreadLocalRandom 類，用於在多執行緒環境下生產隨機數。

ThreadLocalRandom 強於 Random
ThreadLocalRandom 結合了 Random 和 ThreadLocal 類，並被隔離在當前執行緒中。因此它通過避免任何對 Random 物件的併發訪問，從而在多執行緒環境中實現了更好的效能。

一個執行緒獲取到的隨機數不受另一個執行緒影響，而 Random 提供全域性的隨機數。

另外，不同於 Random， ThreadLocalRandom 明確的不支援設定隨機種子。 它重寫了 Random 的
setSeed(long seed) 方法並直接丟擲了 UnsupportedOperationException 異常。

現在讓我們來看看幾種生產隨機 int、long、double 的方式。

使用 ThreadLocalRandom 生產隨機數
根據 Oracle 的文件，我們只需要呼叫 ThreadLocalRandom.current() 方法，它就會返回當前執行緒的 ThreadLocalRandom 的例項。
然後我們就可以呼叫這個例項的方法獲取隨機數

讓我們生成一個沒有任何限制的 int 值

int unboundedRandomValue = ThreadLocalRandom.current().nextInt());
現在再生成一個有界的 int， 即介於兩個數之間。

這是一個生成 0 ~ 100 的 int 值的例子

int boundedRandomValue = ThreadLocalRandom.current().nextInt(0, 100);
請注意：0 是包含在界限內， 而 100 是不在範圍內的。

我們可以使用與示例中相似的方式，呼叫 nextLong() 和 nextDouble() 方法來生產 long 和 double 值。

JAVA 8 還新增了一個 nextGaussian() 方法來生成正態分佈的值，與生成器序列生成的值偏差 0.0 ~ 1.0 。

和 Random 類一樣，我們可以使用 doubles(), ints(), longs()方法來生成隨機數流。

作者：yangc91
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來源：簡書
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