本文講解了JDK中提供的兩種生成隨機數的方式，一個是JDK 1.0引入的Random?類，另外一個是JDK1.7引入的ThreadLocalRandom?類，由于底層的實現機制不同，ThreadLocalRandom?的性能是遠高于Random?，建議后面大家在技術選型的時候優先使用ThreadLocalRandom。
?前言
大家項目中如果有生成隨機數的需求，我想大多都會選擇使用Random來實現，它內部使用了CAS來實現。實際上，JDK1.7之后，提供了另外一個生成隨機數的類ThreadLocalRandom，那么他們二者之間的性能是怎么樣的呢？
Random的使用
Random類是JDK提供的生成隨機數的類， 這個類不是隨機的，而是偽隨機的。什么是偽隨機呢？偽隨機是指生成的隨機數是有一定規律的，這個規律出現的周期因偽隨機算法的優劣而異。一般來說，周期比較長，但可以預見。我們可以通過以下代碼簡單地使用 Random：
Random中有很多方法。這里我們就分析比較常見的nextInt()和nextInt(int bound)方法。
- nextInt()會計算int范圍內的隨機數，
- nextInt(int bound)會計算[0，bound) 之間的隨機數，左閉右開。
實現原理
Random類的構造函數如下圖所示：
可以看到在構造方法中，根據當前時間seed生成了一個AtomicLong類型的seed。public int nextInt() {
return next(32);
}這里面直接調用了next()方法，傳入了32，這里的32是指Int的位數。
protected int next(int bits) {
long oldseed, nextseed;
AtomicLong seed = this.seed;
do {
oldseed = seed.get();
nextseed = (oldseed * multiplier + addend) & mask;
} while (!seed.compareAndSet(oldseed, nextseed));
return (int)(nextseed >>> (48 - bits));
}這里會根據seed的當前值，通過一定的規則（偽隨機）計算出下一個seed，然后進行CAS。如果CAS失敗，繼續循環上述操作。最后根據我們需要的位數返回。
小結：可以看出在next(int bits)?方法中，對AtomicLong進行了CAS操作，如果失敗則循環重試。很多人一看到CAS，因為不需要加鎖，第一時間就想到了高性能、高并發。但是在這里，卻成為了我們多線程并發性能的瓶頸。可以想象，當我們有多個線程執行CAS時，只有一個線程一定會失敗，其他的會繼續循環執行CAS操作。當并發線程較多時，性能就會下降。
ThreadLocalRandom的使用
JDK1.7之后，提供了一個新類ThreadLocalRandom?來替代Random。
實現原理
我們先來看下current()方法。
public static ThreadLocalRandom current() {
if (UNSAFE.getInt(Thread.currentThread(), PROBE) == 0)
localInit();
return instance;
}
static final void localInit() {
int p = probeGenerator.addAndGet(PROBE_INCREMENT);
int probe = (p == 0) ? 1 : p; // skip 0
long seed = mix64(seeder.getAndAdd(SEEDER_INCREMENT));
Thread t = Thread.currentThread();
UNSAFE.putLong(t, SEED, seed);
UNSAFE.putInt(t, PROBE, probe);
}如果沒有初始化，先進行初始化，這里我們的seed不再是全局變量了。我們的線程中有三個變量：
/** The current seed for a ThreadLocalRandom */
@sun.misc.Contended("tlr")
long threadLocalRandomSeed;
/** Probe hash value; nonzero if threadLocalRandomSeed initialized */
@sun.misc.Contended("tlr")
int threadLocalRandomProbe;
/** Secondary seed isolated from public ThreadLocalRandom sequence */
@sun.misc.Contended("tlr")
int threadLocalRandomSecondarySeed;
- threadLocalRandomSeed：這是我們用來控制隨機數的種子。
- threadLocalRandomProbe：這個就是ThreadLocalRandom，用來控制初始化。
- threadLocalRandomSecondarySeed：這是二級種子。
關鍵代碼如下：
UNSAFE.putLong(t = Thread.currentThread(), SEED,r=UNSAFE.getLong(t, SEED) + GAMMA);
可以看出，由于每個線程都維護自己的seed?，所以此時不需要CAS?，直接進行put。這里通過線程間的隔離來減少并發沖突，所以ThreadLocalRandom的性能非常高。
性能對比
通過基準工具JMH測試：
@BenchmarkMode({Mode.AverageTime})
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@Warmup(iteratinotallow=3, time = 5, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
@Measurement(iteratinotallow=3,time = 5)
@Threads(4)
@Fork(1)
@State(Scope.Benchmark)
public class Myclass {
Random random = new Random();
ThreadLocalRandom threadLocalRandom = ThreadLocalRandom.current();
@Benchmark
public int measureRandom(){
return random.nextInt();
}
@Benchmark
public int threadLocalmeasureRandom(){
return threadLocalRandom.nextInt();
}
}運行結果如下圖所示，最左邊是并發線程的數量：
顯而易見，無論線程數量是多少，ThreadLocalRandom?性能是遠高于Random。
總結
本文講解了JDK中提供的兩種生成隨機數的方式，一個是JDK 1.0引入的Random?類，另外一個是JDK1.7引入的ThreadLocalRandom?類，由于底層的實現機制不同，ThreadLocalRandom?的性能是遠高于Random?，建議后面大家在技術選型的時候優先使用ThreadLocalRandom。
