ThreadLocalRandom类是JDK7在JUC包下新增的随机数生成器,它解决了Random类在多线程下多个线程竞争内部唯一的原子性种子变量而导致大量线程自旋重试的不足。
Random类及其局限性
在JDK7之前包括现在java.util.Random应该是使用比较广泛的随机数生成工具类,另外java.lang.Math中的随机数生成也是使用的java.util.Random的实例。随机数的生成需要一个默认的种子seed,新seed的计算是根据老seed算出来的,这个种子其实是一个long类型的数字,然后拿这个新seed去算一个随机数。
要确保每次的随机数的不一样,只需要保证每次的seed不一样即可。Random是线程安全的,每个Random实例里面有一个原子性的种子变量用来记录当前的种子的值,当要生成新的随机数时候要根据当前种子计算新的种子并更新回原子变量。多线程下使用单个Random实例生成随机数时候,多个线程同时计算随机数计算新的种子时候多个线程会竞争同一个原子变量的更新操作,由于原子变量的更新是CAS操作,同时只有一个线程会成功,所以会造成大量线程进行自旋重试,这是会降低并发性能的,所以ThreadLocalRandom应运而生。
ThreadLocalRandom
为了解决多线程高并发下Random的缺陷,JUC包下新增了ThreadLocalRandom类。从名字上看会让联想到ThreadLocal,ThreadLocal的出现就是为了解决多线程访问一个变量时候需要进行同步的问题,让每一个线程拷贝一份变量,每个线程对变量进行操作时候实际是操作自己本地内存里面的拷贝,从而避免了对共享变量进行同步。
实际上ThreadLocalRandom的实现也是这个原理,Random的缺点是多个线程会使用原子性种子变量,会导致对原子变量更新的竞争,那么如果每个线程维护自己的一个种子变量,每个线程生成随机数时候根据自己老的种子计算新的种子,并使用新种子更新老的种子,然后根据新种子计算随机数,就不会存在竞争问题,这会大大提高并发性能。
ThreadLocalRandom继承了Random并重写了nextInt方法,ThreadLocalRandom中并没有使用继承自Random的原子性种子变量。ThreadLocalRandom中并没有具体存放种子,具体的种子是存放到具体的调用线程Thread的threadLocalRandomSeed变量里面的,ThreadLocalRandom类似于ThreadLocal类就是个工具类。
当线程调用ThreadLocalRandom的current方法时候,ThreadLocalRandom负责初始化调用线程的threadLocalRandomSeed变量,也就是初始化种子,并返回static修饰的instance(ThreadLocalRandom类型)。
当调用ThreadLocalRandom的nextInt方法时候,实际上是获取当前线程的threadLocalRandomSeed变量作为当前种子来计算新的种子,然后更新新的种子到当前线程的threadLocalRandomSeed变量,然后在根据新种子和具体算法计算随机数。
另外变量instance是static的,也就是说当多线程通过ThreadLocalRandom的current方法获取ThreadLocalRandom的实例时候其实获取的是同一个,但是由于具体的种子是存放到线程里面的,所以ThreadLocalRandom的实例里面只是与线程无关的通用算法,所以是线程安全的。