JAVA生成八位不重復隨機數最快的方法總結(省時間省空間)

更新時間：2024年03月07日 08:44:27 作者：玉滿堂_YTM

隨機數在實際中使用很廣泛,比如要隨即生成一個固定長度的字符串、數字,這篇文章主要給大家介紹了關于JAVA生成八位不重復隨機數最快的方法,文中介紹的方法省時間省空間,需要的朋友可以參考下

原代碼

private String getCode(){
    // 生成一個隨機的8位編碼
    String code = StringUtils.getRandom(8);
    // 獲取緩存中的編碼集合
    Set<String> codeSets = redisCache.getCacheSet(Constants.ACT_CODE_KEY);
    // 如果生成的編碼在緩存集合中已經存在，則遞歸調用getCode方法重新生成編碼
    if(codeSets.contains(code)){
        return getCode();
    }
    // 如果生成的編碼在緩存集合中不存在，則直接返回該編碼
    return code;
}

缺點：

1.遞歸調用可能導致性能問題：在生成編碼的過程中，如果隨機生成的編碼已經存在于緩存集合中，那么會通過遞歸調用getCode()方法重新生成編碼，直到找到一個不存在于緩存集合中的編碼為止。這種遞歸調用可能會導致性能問題，特別是當緩存集合中的編碼數量較大時，遞歸的次數可能非常多，影響系統(tǒng)的響應時間和資源消耗。

2.缺乏生成編碼沖突的處理機制：雖然通過遞歸調用確保了生成的編碼不會與緩存集合中已有的編碼重復，但并沒有處理編碼沖突的其他情況。如果編碼沖突的概率較高，那么遞歸調用新代碼的次數可能會很多，影響系統(tǒng)性能。

新代碼：

import java.util.UUID;

private String getCode(){
    String code = UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8);
    return code;
}

UUID是根據時間戳和計算機MAC地址等數據生成的全局唯一標識符，非常適合作為唯一編碼使用。

使用UUID.randomUUID()來獲取一個UUID對象，然后調用toString()方法將其轉換為String類型。接著，我們通過substring(0, 8)方法截取UUID字符串的前8位作為編碼。

UUID內容：

package com.muyuan.common.utils.uuid;
//記得更改包名
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
import com.muyuan.common.exception.UtilException;

/**
 * 提供通用唯一識別碼（universally unique identifier）（UUID）實現(xiàn)
 *
 * 
 */
public final class UUID implements java.io.Serializable, Comparable<UUID>
{
    private static final long serialVersionUID = -1185015143654744140L;

    /**
     * SecureRandom 的單例
     *
     */
    private static class Holder
    {
        static final SecureRandom numberGenerator = getSecureRandom();
    }

    /** 此UUID的最高64有效位 */
    private final long mostSigBits;

    /** 此UUID的最低64有效位 */
    private final long leastSigBits;

    /**
     * 私有構造
     * 
     * @param data 數據
     */
    private UUID(byte[] data)
    {
        long msb = 0;
        long lsb = 0;
        assert data.length == 16 : "data must be 16 bytes in length";
        for (int i = 0; i < 8; i++)
        {
            msb = (msb << 8) | (data[i] & 0xff);
        }
        for (int i = 8; i < 16; i++)
        {
            lsb = (lsb << 8) | (data[i] & 0xff);
        }
        this.mostSigBits = msb;
        this.leastSigBits = lsb;
    }

    /**
     * 使用指定的數據構造新的 UUID。
     *
     * @param mostSigBits 用于 {@code UUID} 的最高有效 64 位
     * @param leastSigBits 用于 {@code UUID} 的最低有效 64 位
     */
    public UUID(long mostSigBits, long leastSigBits)
    {
        this.mostSigBits = mostSigBits;
        this.leastSigBits = leastSigBits;
    }

    /**
     * 獲取類型 4（偽隨機生成的）UUID 的靜態(tài)工廠。 使用加密的本地線程偽隨機數生成器生成該 UUID。
     * 
     * @return 隨機生成的 {@code UUID}
     */
    public static UUID fastUUID()
    {
        return randomUUID(false);
    }

    /**
     * 獲取類型 4（偽隨機生成的）UUID 的靜態(tài)工廠。 使用加密的強偽隨機數生成器生成該 UUID。
     * 
     * @return 隨機生成的 {@code UUID}
     */
    public static UUID randomUUID()
    {
        return randomUUID(true);
    }

    /**
     * 獲取類型 4（偽隨機生成的）UUID 的靜態(tài)工廠。 使用加密的強偽隨機數生成器生成該 UUID。
     * 
     * @param isSecure 是否使用{@link SecureRandom}如果是可以獲得更安全的隨機碼，否則可以得到更好的性能
     * @return 隨機生成的 {@code UUID}
     */
    public static UUID randomUUID(boolean isSecure)
    {
        final Random ng = isSecure ? Holder.numberGenerator : getRandom();

        byte[] randomBytes = new byte[16];
        ng.nextBytes(randomBytes);
        randomBytes[6] &= 0x0f; /* clear version */
        randomBytes[6] |= 0x40; /* set to version 4 */
        randomBytes[8] &= 0x3f; /* clear variant */
        randomBytes[8] |= 0x80; /* set to IETF variant */
        return new UUID(randomBytes);
    }

    /**
     * 根據指定的字節(jié)數組獲取類型 3（基于名稱的）UUID 的靜態(tài)工廠。
     *
     * @param name 用于構造 UUID 的字節(jié)數組。
     *
     * @return 根據指定數組生成的 {@code UUID}
     */
    public static UUID nameUUIDFromBytes(byte[] name)
    {
        MessageDigest md;
        try
        {
            md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        }
        catch (NoSuchAlgorithmException nsae)
        {
            throw new InternalError("MD5 not supported");
        }
        byte[] md5Bytes = md.digest(name);
        md5Bytes[6] &= 0x0f; /* clear version */
        md5Bytes[6] |= 0x30; /* set to version 3 */
        md5Bytes[8] &= 0x3f; /* clear variant */
        md5Bytes[8] |= 0x80; /* set to IETF variant */
        return new UUID(md5Bytes);
    }

    /**
     * 根據 {@link #toString()} 方法中描述的字符串標準表示形式創(chuàng)建{@code UUID}。
     *
     * @param name 指定 {@code UUID} 字符串
     * @return 具有指定值的 {@code UUID}
     * @throws IllegalArgumentException 如果 name 與 {@link #toString} 中描述的字符串表示形式不符拋出此異常
     *
     */
    public static UUID fromString(String name)
    {
        String[] components = name.split("-");
        if (components.length != 5)
        {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid UUID string: " + name);
        }
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            components[i] = "0x" + components[i];
        }

        long mostSigBits = Long.decode(components[0]).longValue();
        mostSigBits <<= 16;
        mostSigBits |= Long.decode(components[1]).longValue();
        mostSigBits <<= 16;
        mostSigBits |= Long.decode(components[2]).longValue();

        long leastSigBits = Long.decode(components[3]).longValue();
        leastSigBits <<= 48;
        leastSigBits |= Long.decode(components[4]).longValue();

        return new UUID(mostSigBits, leastSigBits);
    }

    /**
     * 返回此 UUID 的 128 位值中的最低有效 64 位。
     *
     * @return 此 UUID 的 128 位值中的最低有效 64 位。
     */
    public long getLeastSignificantBits()
    {
        return leastSigBits;
    }

    /**
     * 返回此 UUID 的 128 位值中的最高有效 64 位。
     *
     * @return 此 UUID 的 128 位值中最高有效 64 位。
     */
    public long getMostSignificantBits()
    {
        return mostSigBits;
    }

    /**
     * 與此 {@code UUID} 相關聯(lián)的版本號. 版本號描述此 {@code UUID} 是如何生成的。
     * <p>
     * 版本號具有以下含意:
     * <ul>
     * <li>1 基于時間的 UUID
     * <li>2 DCE 安全 UUID
     * <li>3 基于名稱的 UUID
     * <li>4 隨機生成的 UUID
     * </ul>
     *
     * @return 此 {@code UUID} 的版本號
     */
    public int version()
    {
        // Version is bits masked by 0x000000000000F000 in MS long
        return (int) ((mostSigBits >> 12) & 0x0f);
    }

    /**
     * 與此 {@code UUID} 相關聯(lián)的變體號。變體號描述 {@code UUID} 的布局。
     * <p>
     * 變體號具有以下含意：
     * <ul>
     * <li>0 為 NCS 向后兼容保留
     * <li>2 <a  rel="external nofollow" >IETF RFC 4122</a>(Leach-Salz), 用于此類
     * <li>6 保留，微軟向后兼容
     * <li>7 保留供以后定義使用
     * </ul>
     *
     * @return 此 {@code UUID} 相關聯(lián)的變體號
     */
    public int variant()
    {
        // This field is composed of a varying number of bits.
        // 0 - - Reserved for NCS backward compatibility
        // 1 0 - The IETF aka Leach-Salz variant (used by this class)
        // 1 1 0 Reserved, Microsoft backward compatibility
        // 1 1 1 Reserved for future definition.
        return (int) ((leastSigBits >>> (64 - (leastSigBits >>> 62))) & (leastSigBits >> 63));
    }

    /**
     * 與此 UUID 相關聯(lián)的時間戳值。
     *
     * <p>
     * 60 位的時間戳值根據此 {@code UUID} 的 time_low、time_mid 和 time_hi 字段構造。<br>
     * 所得到的時間戳以 100 毫微秒為單位，從 UTC（通用協(xié)調時間） 1582 年 10 月 15 日零時開始。
     *
     * <p>
     * 時間戳值僅在在基于時間的 UUID（其 version 類型為 1）中才有意義。<br>
     * 如果此 {@code UUID} 不是基于時間的 UUID，則此方法拋出 UnsupportedOperationException。
     *
     * @throws UnsupportedOperationException 如果此 {@code UUID} 不是 version 為 1 的 UUID。
     */
    public long timestamp() throws UnsupportedOperationException
    {
        checkTimeBase();
        return (mostSigBits & 0x0FFFL) << 48//
                | ((mostSigBits >> 16) & 0x0FFFFL) << 32//
                | mostSigBits >>> 32;
    }

    /**
     * 與此 UUID 相關聯(lián)的時鐘序列值。
     *
     * <p>
     * 14 位的時鐘序列值根據此 UUID 的 clock_seq 字段構造。clock_seq 字段用于保證在基于時間的 UUID 中的時間唯一性。
     * <p>
     * {@code clockSequence} 值僅在基于時間的 UUID（其 version 類型為 1）中才有意義。 如果此 UUID 不是基于時間的 UUID，則此方法拋出
     * UnsupportedOperationException。
     *
     * @return 此 {@code UUID} 的時鐘序列
     *
     * @throws UnsupportedOperationException 如果此 UUID 的 version 不為 1
     */
    public int clockSequence() throws UnsupportedOperationException
    {
        checkTimeBase();
        return (int) ((leastSigBits & 0x3FFF000000000000L) >>> 48);
    }

    /**
     * 與此 UUID 相關的節(jié)點值。
     *
     * <p>
     * 48 位的節(jié)點值根據此 UUID 的 node 字段構造。此字段旨在用于保存機器的 IEEE 802 地址，該地址用于生成此 UUID 以保證空間唯一性。
     * <p>
     * 節(jié)點值僅在基于時間的 UUID（其 version 類型為 1）中才有意義。<br>
     * 如果此 UUID 不是基于時間的 UUID，則此方法拋出 UnsupportedOperationException。
     *
     * @return 此 {@code UUID} 的節(jié)點值
     *
     * @throws UnsupportedOperationException 如果此 UUID 的 version 不為 1
     */
    public long node() throws UnsupportedOperationException
    {
        checkTimeBase();
        return leastSigBits & 0x0000FFFFFFFFFFFFL;
    }

    /**
     * 返回此{@code UUID} 的字符串表現(xiàn)形式。
     *
     * <p>
     * UUID 的字符串表示形式由此 BNF 描述：
     * 
     * <pre>
     * {@code
     * UUID                   = <time_low>-<time_mid>-<time_high_and_version>-<variant_and_sequence>-<node>
     * time_low               = 4*<hexOctet>
     * time_mid               = 2*<hexOctet>
     * time_high_and_version  = 2*<hexOctet>
     * variant_and_sequence   = 2*<hexOctet>
     * node                   = 6*<hexOctet>
     * hexOctet               = <hexDigit><hexDigit>
     * hexDigit               = [0-9a-fA-F]
     * }
     * </pre>
     * 
     * </blockquote>
     *
     * @return 此{@code UUID} 的字符串表現(xiàn)形式
     * @see #toString(boolean)
     */
    @Override
    public String toString()
    {
        return toString(false);
    }

    /**
     * 返回此{@code UUID} 的字符串表現(xiàn)形式。
     *
     * <p>
     * UUID 的字符串表示形式由此 BNF 描述：
     * 
     * <pre>
     * {@code
     * UUID                   = <time_low>-<time_mid>-<time_high_and_version>-<variant_and_sequence>-<node>
     * time_low               = 4*<hexOctet>
     * time_mid               = 2*<hexOctet>
     * time_high_and_version  = 2*<hexOctet>
     * variant_and_sequence   = 2*<hexOctet>
     * node                   = 6*<hexOctet>
     * hexOctet               = <hexDigit><hexDigit>
     * hexDigit               = [0-9a-fA-F]
     * }
     * </pre>
     * 
     * </blockquote>
     *
     * @param isSimple 是否簡單模式，簡單模式為不帶'-'的UUID字符串
     * @return 此{@code UUID} 的字符串表現(xiàn)形式
     */
    public String toString(boolean isSimple)
    {
        final StringBuilder builder = new StringBuilder(isSimple ? 32 : 36);
        // time_low
        builder.append(digits(mostSigBits >> 32, 8));
        if (false == isSimple)
        {
            builder.append('-');
        }
        // time_mid
        builder.append(digits(mostSigBits >> 16, 4));
        if (false == isSimple)
        {
            builder.append('-');
        }
        // time_high_and_version
        builder.append(digits(mostSigBits, 4));
        if (false == isSimple)
        {
            builder.append('-');
        }
        // variant_and_sequence
        builder.append(digits(leastSigBits >> 48, 4));
        if (false == isSimple)
        {
            builder.append('-');
        }
        // node
        builder.append(digits(leastSigBits, 12));

        return builder.toString();
    }

    /**
     * 返回此 UUID 的哈希碼。
     *
     * @return UUID 的哈希碼值。
     */
    @Override
    public int hashCode()
    {
        long hilo = mostSigBits ^ leastSigBits;
        return ((int) (hilo >> 32)) ^ (int) hilo;
    }

    /**
     * 將此對象與指定對象比較。
     * <p>
     * 當且僅當參數不為 {@code null}、而是一個 UUID 對象、具有與此 UUID 相同的 varriant、包含相同的值（每一位均相同）時，結果才為 {@code true}。
     *
     * @param obj 要與之比較的對象
     *
     * @return 如果對象相同，則返回 {@code true}；否則返回 {@code false}
     */
    @Override
    public boolean equals(Object obj)
    {
        if ((null == obj) || (obj.getClass() != UUID.class))
        {
            return false;
        }
        UUID id = (UUID) obj;
        return (mostSigBits == id.mostSigBits && leastSigBits == id.leastSigBits);
    }

    // Comparison Operations

    /**
     * 將此 UUID 與指定的 UUID 比較。
     *
     * <p>
     * 如果兩個 UUID 不同，且第一個 UUID 的最高有效字段大于第二個 UUID 的對應字段，則第一個 UUID 大于第二個 UUID。
     *
     * @param val 與此 UUID 比較的 UUID
     *
     * @return 在此 UUID 小于、等于或大于 val 時，分別返回 -1、0 或 1。
     *
     */
    @Override
    public int compareTo(UUID val)
    {
        // The ordering is intentionally set up so that the UUIDs
        // can simply be numerically compared as two numbers
        return (this.mostSigBits < val.mostSigBits ? -1 : //
                (this.mostSigBits > val.mostSigBits ? 1 : //
                        (this.leastSigBits < val.leastSigBits ? -1 : //
                                (this.leastSigBits > val.leastSigBits ? 1 : //
                                        0))));
    }

    // -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    // Private method start
    /**
     * 返回指定數字對應的hex值
     * 
     * @param val 值
     * @param digits 位
     * @return 值
     */
    private static String digits(long val, int digits)
    {
        long hi = 1L << (digits * 4);
        return Long.toHexString(hi | (val & (hi - 1))).substring(1);
    }

    /**
     * 檢查是否為time-based版本UUID
     */
    private void checkTimeBase()
    {
        if (version() != 1)
        {
            throw new UnsupportedOperationException("Not a time-based UUID");
        }
    }

    /**
     * 獲取{@link SecureRandom}，類提供加密的強隨機數生成器 (RNG)
     * 
     * @return {@link SecureRandom}
     */
    public static SecureRandom getSecureRandom()
    {
        try
        {
            return SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
        }
        catch (NoSuchAlgorithmException e)
        {
            throw new UtilException(e);
        }
    }

    /**
     * 獲取隨機數生成器對象<br>
     * ThreadLocalRandom是JDK 7之后提供并發(fā)產生隨機數，能夠解決多個線程發(fā)生的競爭爭奪。
     * 
     * @return {@link ThreadLocalRandom}
     */
    public static ThreadLocalRandom getRandom()
    {
        return ThreadLocalRandom.current();
    }
}

更新（新方法）

private String getCode(){
        String code = RandomStringUtils.randomAlphanumeric(8);
        return code;
    }

RandomStringUtils 是 Apache Commons Lang 庫中的一個工具類，用于生成隨機字符串。
randomAlphanumeric(8) 是 RandomStringUtils 類的靜態(tài)方法，它接受一個整數參數，指定生成字符串的長度。這里傳入參數 8，表示生成一個長度為8的隨機字符串。

RandomStringUtils.randomAlphanumeric() 方法是典型的時間換空間的實現(xiàn)。

這個方法會生成一個指定長度的隨機字符串，由數字和字母組成。它的具體實現(xiàn)會利用 Java 內置的隨機數生成器 java.util.Random 生成隨機數，然后通過循環(huán)逐個字符添加到生成的字符串中。因此，這個方法會消耗一定的時間和計算資源來生成隨機字符串。

相比較于其他實現(xiàn)方式，例如預先生成所有可能的隨機字符串并保存在內存中，RandomStringUtils.randomAlphanumeric() 方法可以避免占用大量內存空間。因此，我們可以將其視為一種時間換空間的實現(xiàn)方式，是在保證隨機性的同時，盡可能地減少內存資源的占用。