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#剖析JDK源码-Random

一、简述

Random类的实例用于生成伪随机数，其核心基于48位种子和线性同余公式进行操作。虽然Random类支持多种随机数类型的生成，但需要注意的是，使用相同的种子值和方法调用，生成的数字序列将保持一致。此外， Random类具备线程安全特性，但在多线程环境下可能引发性能争用。值得注意的是，Random类并非加密安全的随机数生成器，其伪随机数具有一定可预测性。

二、类结构与常量

Random类的核心实现依赖以下关键常量：

• serialVersionUID：用于确保类的互操作性，值为3905348978240129619L。
• seed：内部存储48位种子的原子长型变量，保证线程安全。
• multiplier：乘法因子，值为0x5DEECE66DL。
• addend：加法常数，值为0xBL。
• mask：用于将结果限制在48位，值为(1L << 48) - 1。
• DOUBLE_UNIT：双精度单位，值为0x1.0p-53。

类还定义了多个异常信息常量：

• BadBound：描述有界异常。
• BadRange：描述范围异常。
• BadSize：描述大小异常。

三、构造方法

Random类提供两个构造方法：

public Random() {
    this(seedUniquifier() ^ System.nanoTime());
}

该方法通过混淆系统当前的纳秒时间戳生成初始种子。

2. 有参数构造方法：

public Random(long seed) {
    if (getClass() == Random.class) {
        this.seed = new AtomicLong(initialScramble(seed));
    } else {
        this.seed = new AtomicLong();
        setSeed(seed);
    }
}

需要注意的是，子类实现该方法时，需确保正确初始化种子。

四、核心算法

Random类的伪随机数生成基于以下算法：

next(int bits) {
    long x = seed;
    x = (x * multiplier + addend) & mask;
    seed = x;
    return x >>> (48 - bits);
}

• multiplier：乘法因子，确保序列的扩散性。
• addend：加法常数，用于混合高低位。
• mask：限制结果为48位。

五、随机数生成方法

Random类提供多种随机数生成方法，涵盖不同数据类型：

3. nextInt()：
• 不带上限：返回一个32位整数。
• 带上限：根据给定上限生成符合分布的整数。
2. nextLong()：返回48位伪随机长整数。
3. nextBoolean()：返回一个布尔值（true/false）。
4. nextFloat()：返回24位浮点数，范围在0.0到1.0。
5. nextDouble()：返回52位双精度数，范围在0.0到1.0。
6. nextGaussian()：返回服从高斯分布的双精度数。

六、线程安全

Random类通过使用原子长型变量seed实现线程安全，确保多线程环境下不会因种子竞争而导致随机数生成异常。然而，跨线程使用时，可能会影响性能表现需谨慎处理。

七、总结

JDK中的Random类为Java程序提供了强大的随机数生成能力，应用广泛但需注意其伪随机性和线程安全性。理解其内部实现机制，有助于更好地利用随机数生成器，提升程序性能和可靠性。

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