java伪随机数生成器——Math.random

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