Java随机数生成全攻略：从基础到安全应用

文章目录

引言

一、基础方法：Math.random()

二、 java.util.Random类

三、java.util.concurrent.ThreadLocalRandom

四、java.security.SecureRandom

五、java.util.SplittableRandom

总结

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引言

随机数在编程中有着广泛的应用，从简单的游戏开发到复杂的加密算法都离不开随机数生成。Java提供了多种生成随机数的方式，每种方法都有其适用场景和特点。本文将全面解析Java中的随机数生成方法。

一、基础方法：Math.random()

这是Java中最简单的随机数生成方式，返回一个[0.0, 1.0)之间的double值，通过相应转换可以生成整数值。这种实现方法不需要创建对象，适用于简单的随机需求，要注意是左闭右开区间。

// 生成0.0到1.0之间的随机小数
double randomValue = Math.random();

// 生成特定范围的随机整数
int min = 10;
int max = 50;
int randomInRange = (int)(Math.random() * (max - min + 1)) + min;

//例：如果需要生成一个范围在 [0, 100) 的随机整数
int randomInt1 = (int) (Math.random() * 100);

//例：如果需要生成一个范围在 [0, 100] 的随机整数
int randomInt2 = (int) (Math.random() * 100+1);

二、 java.util.Random类

这是Java标准库中功能更全面的随机数生成器,可以生成多种类型的随机数，包括整数、浮点数、布尔值等，其随机性比 Math.random() 稍强，但线程不安全，不适合加密场景。

//第一步：导包
import java.util.Random;

//第二步：创建对象
Random random = new Random();

//第三步：调用相应方法实现功能

// 生成一个范围在 [0, Integer.MAX_VALUE) 的随机整数
int randomInt = random.nextInt();

// 生成0到99之间的随机整数
int randomIn100 = random.nextInt(100);

// 生成随机布尔值
boolean randomBool = random.nextBoolean();

// 生成随机浮点数，其范围在 [0.0, 1.0) 之间
float randomFloat = random.nextFloat();
double randomDouble = random.nextDouble();

/*生成高斯分布随机数，其平均值为 0.0，标准差为 1.0。生成的值可以是任意实数，但大多数值会集中在平均值附近。*/
double gaussian = random.nextGaussian();

三、java.util.concurrent.ThreadLocalRandom

ThreadLocalRandom 是 Java 7 引入的一个并发安全的随机数生成器，适用于多线程环境。其避免了多线程竞争问题，线程安全且性能高。

import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;

// 获取当前线程的ThreadLocalRandom实例
ThreadLocalRandom random = ThreadLocalRandom.current();

// 生成随机数
int randomNum = random.nextInt(); // [0, Integer.MAX_VALUE) 
int rangeNum = random.nextInt(10, 100); // [10, 100)
double randomDouble = random.nextDouble(5.0, 15.0);//[5.0,15.0)

四、java.security.SecureRandom

如果需要生成加密安全的随机数（例如生成密码、密钥等安全敏感数据），可以使用 java.security.SecureRandom 类。它提供了更高级的随机数生成算法，但性能相对较低。

import java.security.SecureRandom;

SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();

// 生成安全的随机字节
byte[] randomBytes = new byte[16];
secureRandom.nextBytes(randomBytes);

// 生成一个范围在 [0, Integer.MAX_VALUE) 的随机整数
int secureInt = secureRandom.nextInt();

// 生成一个范围在 [0.0, 1.0) 的随机浮点数
double randomDouble = secureRandom.nextDouble();

五、java.util.SplittableRandom

这是为并行计算设计的随机数生成器，高性能，适用于并行流和Fork/Join框架。

import java.util.SplittableRandom;

SplittableRandom random = new SplittableRandom();

// 生成随机数
int randomInt = random.nextInt();
double randomDouble = random.nextDouble();

// 分割生成器用于并行任务
SplittableRandom splitRandom = random.split();

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总结

方法	单线程性能	多线程性能	随机性质量	线程安全	适用场景
Math.random()	★★★★	★★	★★	是	简单应用
Random	★★★	★	★★	否	通用场景
ThreadLocalRandom	★★★★	★★★★★	★★★	是	高并发应用
SecureRandom	★	★★	★★★★★	是	安全敏感场景
SplittableRandom	★★★★	★★★★★	★★★	是	并行

理解不同随机数生成器的特点和使用场景，能够帮助开发者编写出更高效、更安全的代码。在实际应用中，应根据具体需求综合考虑性能、随机性和安全性等因素做出选择。