1. Math.random() 静态方法
产生的随机数是 0 - 1 之间的一个 double,即 0 <= random <= 1。
for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(Math.random());}
(资料图片)
结果:
实现原理:
当第一次调用 Math.random() 方法时,自动创建了一个伪随机数生成器,实际上用的是 new java.util.Random()。当接下来继续调用 Math.random() 方法时,就会使用这个新的伪随机数生成器。
源码如下:
public static double random() { Random rnd = randomNumberGenerator; if (rnd == null) rnd = initRNG(); // 第一次调用,创建一个伪随机数生成器 return rnd.nextDouble();}private static synchronized Random initRNG() { Random rnd = randomNumberGenerator; return (rnd == null) ? (randomNumberGenerator = new Random()) : rnd; // 实际上用的是new java.util.Random()}
initRNG() 方法是 synchronized 的,因此在多线程情况下,只有一个线程会负责创建伪随机数生成器(使用当前时间作为种子),其他线程则利用该伪随机数生成器产生随机数。
因此 Math.random() 方法是线程安全的。
什么情况下随机数的生成线程不安全:
线程1在第一次调用 random() 时产生一个生成器 generator1,使用当前时间作为种子。线程2在第一次调用 random() 时产生一个生成器 generator2,使用当前时间作为种子。碰巧 generator1 和 generator2 使用相同的种子,导致 generator1 以后产生的随机数每次都和 generator2 以后产生的随机数相同。
什么情况下随机数的生成线程安全:Math.random() 静态方法使用
线程1在第一次调用 random() 时产生一个生成器 generator1,使用当前时间作为种子。线程2在第一次调用 random() 时发现已经有一个生成器 generator1,则直接使用生成器 generator1。
public class JavaRandom { public static void main(String args[]) { new MyThread().start(); new MyThread().start(); }}class MyThread extends Thread { public void run() { for (int i = 0; i < 2; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + Math.random()); } }}
结果:
2. java.util.Random 工具类
基本算法:linear congruential pseudorandom number generator (LGC) 线性同余法伪随机数生成器
缺点:可预测
使用:
Random random = new Random();for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println(random.nextInt());}
结果:
Random类默认使用当前系统时钟作为种子:
public Random() { this(seedUniquifier() ^ System.nanoTime());}public Random(long seed) { if (getClass() == Random.class) this.seed = new AtomicLong(initialScramble(seed)); else { // subclass might have overriden setSeed this.seed = new AtomicLong(); setSeed(seed); }}
Random类提供的方法:API
nextBoolean() - 返回均匀分布的 true 或者 falsenextBytes(byte[] bytes)nextDouble() - 返回 0.0 到 1.0 之间的均匀分布的 doublenextFloat() - 返回 0.0 到 1.0 之间的均匀分布的 floatnextGaussian()- 返回 0.0 到 1.0 之间的高斯分布(即正态分布)的 doublenextInt() - 返回均匀分布的 intnextInt(int n) - 返回 0 到 n 之间的均匀分布的 int (包括 0,不包括 n)nextLong() - 返回均匀分布的 longsetSeed(long seed) - 设置种子
只要种子一样,产生的随机数也一样:因为种子确定,随机数算法也确定,因此输出是确定的!
Random random1 = new Random(10000);Random random2 = new Random(10000);for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println(random1.nextInt() + " = " + random2.nextInt());}
结果:
3. java.util.concurrent.ThreadLocalRandom 工具类
ThreadLocalRandom 是 JDK 7 之后提供,也是继承至
java.util.Random。
private static final ThreadLocallocalRandom = new ThreadLocal() { protected ThreadLocalRandom initialValue() { return new ThreadLocalRandom(); }};
每一个线程有一个独立的随机数生成器,用于并发产生随机数,能够解决多个线程发生的竞争争夺。效率更高!ThreadLocalRandom 不是直接用 new 实例化,而是第一次使用其静态方法 current()得到 ThreadLocal实例,然后调用 java.util.Random 类提供的方法获得各种随机数。
使用:
public class JavaRandom { public static void main(String args[]) { new MyThread().start(); new MyThread().start(); }}class MyThread extends Thread { public void run() { for (int i = 0; i < 2; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + ThreadLocalRandom.current().nextDouble()); } }}
结果:
4. java.Security.SecureRandom
也是继承至 java.util.Random。
SecureRandom 提供加密的强随机数生成器 (RNG),要求种子必须是不可预知的,产生非确定性输出。
SecureRandom 也提供了与实现无关的算法,因此,调用方(应用程序代码)会请求特定的 RNG 算法并将它传回到该算法的 SecureRandom 对象中。
如果仅指定算法名称,如下所示:
SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
如果既指定了算法名称又指定了包提供程序,如下所示:
SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG", "SUN");
使用:
SecureRandom random1 = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");SecureRandom random2 = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println(random1.nextInt() + " != " + random2.nextInt());}
结果:
5. 随机字符串
可以使用 Apache Commons-Lang 包中的 RandomStringUtils 类。Maven 依赖如下:
commons-langcommons-lang2.6
API 参考:https://commons.apache.org/proper/commons-lang/javadocs/api-2.6/org/apache/commons/lang/RandomStringUtils.html
示例:
public class RandomStringDemo { public static void main(String[] args) { // Creates a 64 chars length random string of number. String result = RandomStringUtils.random(64, false, true); System.out.println("random = " + result); // Creates a 64 chars length of random alphabetic string. result = RandomStringUtils.randomAlphabetic(64); System.out.println("random = " + result); // Creates a 32 chars length of random ascii string. result = RandomStringUtils.randomAscii(32); System.out.println("random = " + result); // Creates a 32 chars length of string from the defined array of // characters including numeric and alphabetic characters. result = RandomStringUtils.random(32, 0, 20, true, true, "qw32rfHIJk9iQ8Ud7h0X".toCharArray()); System.out.println("random = " + result); }}
RandomStringUtils 类的实现上也是依赖了 java.util.Random 工具类:
RandomStringUtils 类的定义