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如何用 Java 高效的生成随机数？Random 的原理是什么？

2024-05-16 09:05:50 软件 154观看

摘要在 JDK的java.util包里提供了一个用于生成随机数的Random类，它是如何生成随机数的？为什么它生成的随机数是均匀的？今天我们一起来聊聊其背后的原理。本文基于Java语言，jdk 11。1. java.util.RandomRandom是 java.util 包

在 JDK的java.util包里提供了一个用于生成随机数的Random类，它是如何生成随机数的？为什么它生成的随机数是均匀的？今天我们一起来聊聊其背后的原理。

本文基于Java语言，jdk 11。

1. java.util.Random

Random是 java.util 包提供的一个用于生成随机数的类，首先，我们看看官方对它的描述：

通过源码，我们总结出几个核心点：

Random类的实例是用来生成一系列的伪随机数；
Random类使用一个 48位的种子（seed），通过线性同余算法进行修改；
Random类的特定算法被指定，所以，两个Random类的实例使用相同的种子创建，并且对于每个实例都调用相同顺序的方法，它们将生成并返回相同的数字序列
Random类是线程安全的，但是，跨线程同时使用同一个java.util.Random实例可能会遇到竞争和相应的性能问题；
在多线程设计中，考虑使用java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
Random类的实例不是密码安全的，对于安全敏感的应用程序，考虑使用java.security.SecureRandom;

2. 什么是伪随机数？

伪随机数指的是一种看起来像随机数的序列，但实际上是由确定性算法生成的。这种算法称为伪随机数生成器（PRNG，Pseudo-Random Number Generator）。

PRNG使用一个称为”种子”的初始值，然后通过一系列的数学运算来生成一个序列，这个序列看起来具有随机性的特征，比如均匀分布、无序性等。

3. 什么是种子(seed)？

在随机数生成器中，种子（seed）其实就是一个起始值，它用于初始化随机数生成器的状态。随机数生成器使用这个种子来确定生成随机数的序列。种子决定了随机数生成器的初始状态，因此给定相同的种子，将会生成相同的随机数序列。

4. 线性同余算法

线性同余算法（LCG，Linear Congruential Generator）是最基本的伪随机数生成算法之一，该算法通常使用如下方程表示：


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