我們從jdk8說(shuō)起。主要是四個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器。神馬？有四個(gè)？

接下來(lái)我們簡(jiǎn)單說(shuō)下這幾個(gè)類的使用場(chǎng)景，來(lái)了解其中的細(xì)微差別，和api設(shè)計(jì)者的良苦用心。

java.util.Randomjava.util.concurrent.ThreadLocalRandomjava.security.SecureRandomjava.util.SplittableRandom

Random

最常用的就是Random。

用來(lái)生成偽隨機(jī)數(shù)，默認(rèn)使用48位種子、線性同余公式進(jìn)行修改。我們可以通過(guò)構(gòu)造器傳入初始seed，或者通過(guò)setSeed重置（同步）。默認(rèn)seed為系統(tǒng)時(shí)間的納秒數(shù)，真大！

如果兩個(gè)（多個(gè)）不同的Random實(shí)例，使用相同的seed，按照相同的順序調(diào)用相同方法，那么它們得到的數(shù)字序列也是相同的。這看起來(lái)不太隨機(jī)。  這種設(shè)計(jì)策略，既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是“相同seed”生成的序列是一致的，使過(guò)程具有可回溯和校驗(yàn)性（平臺(tái)無(wú)關(guān)、運(yùn)行時(shí)機(jī)無(wú)關(guān)）；缺點(diǎn)就是，這種一致性，潛在引入其“可被預(yù)測(cè)”的風(fēng)險(xiǎn)。

Random的實(shí)例是線程安全的。  但是，跨線程并發(fā)使用相同的java.util.Random實(shí)例可能會(huì)遇到爭(zhēng)用，從而導(dǎo)致性能稍欠佳（nextX方法中，在對(duì)seed賦值時(shí)使用了CAS，測(cè)試結(jié)果顯示，其實(shí)性能損耗很?。Ｕ?qǐng)考慮在多線程設(shè)計(jì)中使用ThreadLocalRandom。同時(shí)，我們?cè)诓l(fā)環(huán)境下，也沒有必要刻意使用多個(gè)Random實(shí)例。

Random實(shí)例不具有加密安全性。  相反，請(qǐng)考慮使用SecureRandom來(lái)獲取加密安全的偽隨機(jī)數(shù)生成器，以供安全敏感應(yīng)用程序使用。

Random是最常用的隨機(jī)數(shù)生成類，適用于絕大部分場(chǎng)景。

Random random = new Random(100);System.out.println(random.nextInt(10) + "," + random.nextInt(30) + "," + random.nextInt(50));random = new Random(100);System.out.println(random.nextInt(10) + "," + random.nextInt(30) + "," + random.nextInt(50));random = new Random(100);System.out.println(random.nextInt(10) + "," + random.nextInt(30) + "," + random.nextInt(50));

上述三個(gè)不同的random實(shí)例，使用了相同的seed。調(diào)用過(guò)程一樣，其中產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)序列也是完全一樣的。多次執(zhí)行結(jié)果也完全一致，簡(jiǎn)單而言，只要初始seed一樣，即使實(shí)例不同，多次運(yùn)行它們的結(jié)果都是一致的。這個(gè)現(xiàn)象與上面所說(shuō)的一致。

如果Random構(gòu)造器中不指定seed，而是使用默認(rèn)的系統(tǒng)時(shí)間納秒數(shù)作為主導(dǎo)變量，三個(gè)random實(shí)例執(zhí)行的結(jié)果是不同的。多次執(zhí)行結(jié)果也不一樣。由此可見，seed是否具有隨機(jī)性，在一定程度上，也決定了Random產(chǎn)生結(jié)果的隨機(jī)性。

所以，在分布式或者多線程環(huán)境下，如果Random實(shí)例處于代碼一致的tasks線程中，可能這些分布式進(jìn)程或者線程，產(chǎn)出的序列值是一樣的。這也是在JDK 7引入ForkJoin的同時(shí)，也引入了ThreadLocalRandom類。

ThreadLocalRandom

這個(gè)類的作用，使得隨機(jī)數(shù)的生成器隔離到當(dāng)前線程。此類繼承自java.util.Random，與Math類使用的全局Random生成器一樣，ThreadLocalRandom使用內(nèi)部生成的種子進(jìn)行初始化，否則可能無(wú)法修改。

在并發(fā)程序中使用ThreadLocalRandom，通常會(huì)有更少的開銷和競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)多個(gè)任務(wù)（例如，每個(gè)ForkJoinTask）在線程池中并行使用隨機(jī)數(shù)時(shí)，ThreadLocalRandom是特別合適的。

切記，在多個(gè)線程中不應(yīng)該共享ThreadLocalRandom實(shí)例。

ThreadLocalRandom初始化是private的，所以無(wú)法通過(guò)構(gòu)造器設(shè)定seed，此外其setSeed方法也被重寫而不支持（拋出異常）。默認(rèn)情況下，每個(gè)ThreadLocalRandom實(shí)例的seed主導(dǎo)變量值為系統(tǒng)時(shí)間（納秒）：

private static long initialSeed() {    String sec = VM.getSavedProperty("java.util.secureRandomSeed");    if (Boolean.parseBoolean(sec)) {        byte[] seedBytes = java.security.SecureRandom.getSeed(8);        long s = (long)(seedBytes[0]) & 0xffL;        for (int i = 1; i < 8; ++i)            s = (s << 8) | ((long)(seedBytes[i]) & 0xffL);        return s;    }    return (mix64(System.currentTimeMillis()) ^            mix64(System.nanoTime()));}

根據(jù)其初始化seed的實(shí)現(xiàn)，我們也可以通過(guò)JVM啟動(dòng)參數(shù)增加“-Djava.util.secureRandomSeed=true”，此時(shí)初始seed變量將不再是系統(tǒng)時(shí)間，而是由SecureRandom類生成一個(gè)隨機(jī)因子，以此作為ThreadLoalRandom的初始seed。

真是夠繞的。

從源碼中，我并沒有看到Thread-ID作為變量生成seed，而且nextX方法中隨機(jī)數(shù)生成算法也具有一致性。這意味著，如果多個(gè)線程初始ThreadLocalRandom的時(shí)間完全一致，在調(diào)用方法和過(guò)程相同的情況下，產(chǎn)生的隨機(jī)序列也是相同的；在一定程度上“-Djava.util.secureRandom=true”可以規(guī)避此問(wèn)題。

ThreadLocalRandom并沒有使用ThreadLocal來(lái)支持內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，而是直接使用UnSafe操作當(dāng)前Thread對(duì)象引用中seed屬性的內(nèi)存地址并進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，我比較佩服SUN的這種巧妙的做法。

SecureRandom

它也繼承自Random，該類提供加密強(qiáng)隨機(jī)數(shù)生成器（RNG），加密強(qiáng)隨機(jī)數(shù)最低限度符合FIPS 140-2“加密模塊的安全要求”。此外，SecureRandom必須產(chǎn)生非確定性輸出。因此，傳遞給SecureRandom對(duì)象的任何種子材料必須是不可預(yù)測(cè)的，并且所有SecureRandom輸出序列必須具有加密強(qiáng)度。（官文，其實(shí)我也一知半解）

SecureRandom默認(rèn)支持兩種RNG加密算法實(shí)現(xiàn)：

”SHA1PRNG”算法提供者sun.security.provider.SecureRandom

”NativePRNG”提供者sun.security.provider.NativePRNG

默認(rèn)情況下，是“SHA1PRNG”，即SUN提供的實(shí)現(xiàn)。此外可以通過(guò)

“-Djava.security=file:/dev/urandom”

（推薦）或者

“-Djava.security=file:/dev/random”

指定使用linux本地的隨機(jī)算法，

即NativePRNG；

其中“/dev/random”與“/dev/urandom”在不同unix-*平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)有所不同，性能也有所差異，建議使用“/dev/urandom”。

/dev/random的一個(gè)副本是/dev/urandom （”unlocked”，非阻塞的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器），它會(huì)重復(fù)使用熵池中的數(shù)據(jù)以產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)據(jù)。這表示對(duì)/dev/urandom的讀取操作不會(huì)產(chǎn)生阻塞，但其輸出的熵可能小于/dev/random的。它可以作為生成較低強(qiáng)度密碼的偽隨機(jī)數(shù)生成器，不建議用于生成高強(qiáng)度長(zhǎng)期密碼。

算法的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，比較復(fù)雜；本人測(cè)試，其實(shí)性能差不不太大（JDK 8環(huán)境）。SecureRandom也是線程安全的。

從輸出結(jié)果上分析，無(wú)論是否指定SecureRandom的初始seed，單個(gè)實(shí)例多次運(yùn)行的結(jié)果也完全不同 ；多個(gè)不同的SecureRandom實(shí)例無(wú)論是否指定seed，即使指定一樣的初始seed，同時(shí)運(yùn)行的結(jié)果也完全不同。

SecureRandom繼承自Random，但是對(duì)nextX方法中的底層方法進(jìn)行的重寫覆蓋，不過(guò)仍然基于Random的CAS且SecureRandom的底層方法還使用的同步，所以在并發(fā)環(huán)境下，性能比Random差了一些。

SplittableRandom

JDK 8 新增的API，主要適用于Fork/join形式的跨線程操作中。它并沒有繼承java.util.Random類。

具有相同seed的不同SplittableRandom實(shí)例或者同一個(gè)SplittableRandom，多次運(yùn)行結(jié)果是一致的。這和Random是一致的。

非線程安全，不能被并發(fā)使用。 （不會(huì)報(bào)錯(cuò)，但是并發(fā)時(shí)可能多個(gè)線程同時(shí)得到相同的隨機(jī)數(shù)）

同ThreadLocalRandom，對(duì)“-Djava.util.secureRandom=true”參數(shù)支持，但是只有使用默認(rèn)構(gòu)造器的時(shí)候，才會(huì)使用SecureRandom輔助生成初始seed。即不指定初始seed時(shí)，同一個(gè)SplittableRandom實(shí)例多次運(yùn)行，或者不同的實(shí)例運(yùn)行，結(jié)果是不同的。

其中有一個(gè)split()方法，用來(lái)構(gòu)造并返回與新的實(shí)例，這個(gè)實(shí)例共享了一些不可變狀態(tài)。需要注意，split產(chǎn)生的新SplittableRandom實(shí)例，與原實(shí)例并不存在內(nèi)部數(shù)據(jù)的并發(fā)競(jìng)爭(zhēng)，也不會(huì)交替或者延續(xù)原實(shí)例的隨機(jī)數(shù)生成序列（即兩個(gè)實(shí)例產(chǎn)出隨機(jī)序列的一致性，與原實(shí)例沒有關(guān)系，只是在統(tǒng)計(jì)值層面更加接近）；但是代碼一致性的情況下，多次運(yùn)行，其隨機(jī)數(shù)序列的結(jié)果總是一致的（假如初始seed是指定的，而非默認(rèn)），這一點(diǎn)與Random、ThreadLocalRandom表現(xiàn)相同。

public SplittableRandom split() {    return new SplittableRandom(nextLong(), mixGamma(nextSeed()));}

樣例代碼。

System.out.println("第一段");SplittableRandom random = new SplittableRandom(100);Thread thread = new Thread(new Runnable() {    @Override    public void run() {        SplittableRandom _random = random.split();        for (int i=0; i < 5; i++) {            System.out.println("---" + _random.nextInt(100));        }    }});thread.start();thread.join();for (int i=0; i < 5; i++) {    System.out.println("+++" + random.nextInt(100));}System.out.println("第二段");SplittableRandom _random = new SplittableRandom(100);for (int i=0; i < 10; i++) {    System.out.println("..." + _random.nextInt(100));}

執(zhí)行結(jié)果。

第一段---71---85---10---60---98+++44+++87+++77+++67+++72第二段...92...30...44...87...77...67...72...23...9...64

從執(zhí)行結(jié)果上看，split產(chǎn)生的random實(shí)例與原實(shí)例執(zhí)行結(jié)果上沒有相似之處；但是不同SplittableRandom實(shí)例（無(wú)論是否執(zhí)行過(guò)split），其產(chǎn)出隨機(jī)數(shù)序列是一致的。

性能檢測(cè)

簡(jiǎn)析，基準(zhǔn)：100000隨機(jī)數(shù)，單線程

1、 Random ：2毫秒

2、 ThreadLocalRandom ：1毫秒

3、 SecureRandom

1）默認(rèn)算法，即SHAR1PRNG：80毫秒左右。
2）NativePRNG：90毫秒左右。

4、 SplittableRandom ：1毫秒

End

平常使用Random，或者大多數(shù)時(shí)候使用，都是沒有問(wèn)題的，它也是線程安全的。SplittableRandom是內(nèi)部使用的類，應(yīng)用較少，即使它也是public的也掩飾不了偏門。ThreadLocalRandom是為了在高并發(fā)環(huán)境下節(jié)省一點(diǎn)細(xì)微的時(shí)間，追求性能的應(yīng)用推薦使用。而對(duì)于有安全需求的，又希望更隨機(jī)一些的，用SecureRandom再好不過(guò)了。

jdk竟然有這么多隨機(jī)數(shù)生成器。有沒有大吃一精？我反正是跪了。

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