JAVA 中生成随机数 Random VS ThreadLocalRandom 性能比较
前言
大家项目中如果有生成随机数的需求,我想大多都会选择使用 Random 来实现,它内部使用了 CAS 来实现。 实际上,JDK1.7 之后,提供了另外一个生成随机数的类 ThreadLocalRandom,那么他们二者之间的性能是怎么样的呢?
Random 的使用
Random 类是 JDK 提供的生成随机数的类, 这个类不是随机的,而是伪随机的。什么是伪随机呢? 伪随机是指生成的随机数是有一定规律的,这个规律出现的周期因伪随机算法的优劣而异。 一般来说,周期比较长,但可以预见。 我们可以通过以下代码简单地使用 Random:
Random 中有很多方法。 这里我们就分析比较常见的nextInt()
和nextInt(int bound)
方法。
nextInt()
会计算 int 范围内的随机数,nextInt(int bound)
会计算[0,bound) 之间的随机数,左闭右开。
实现原理
Random 类的构造函数如下图所示:
可以看到在构造方法中,根据当前时间
seed
生成了一个AtomicLong
类型的seed
。
这里面直接调用了
next()
方法,传入了 32,这里的 32 是指 Int 的位数。
这里会根据
seed
的当前值,通过一定的规则(伪随机)计算出下一个seed
,然后进行 CAS。 如果 CAS 失败,继续循环上述操作。 最后根据我们需要的位数返回。
小结:可以看出在next(int bits)
方法中,对AtomicLong
进行了 CAS 操作,如果失败则循环重试。 很多人一看到 CAS,因为不需要加锁,第一时间就想到了高性能、高并发。 但是在这里,却成为了我们多线程并发性能的瓶颈。 可以想象,当我们有多个线程执行 CAS 时,只有一个线程一定会失败,其他的会继续循环执行 CAS 操作。 当并发线程较多时,性能就会下降。
ThreadLocalRandom 的使用
JDK1.7 之后,提供了一个新类ThreadLocalRandom
来替代Random
。
实现原理
我们先来看下current()
方法。
如果没有初始化,先进行初始化,这里我们的
seed
不再是全局变量了。 我们的线程中有三个变量:
threadLocalRandomSeed
:这是我们用来控制随机数的种子。threadLocalRandomProbe
:这个就是 ThreadLocalRandom,用来控制初始化。threadLocalRandomSecondarySeed
:这是二级种子。
关键代码如下:
可以看出,由于每个线程都维护自己的seed
,所以此时不需要CAS
,直接进行 put。 这里通过线程间的隔离来减少并发冲突,所以ThreadLocalRandom
的性能非常高。
性能对比
通过基准工具 JMH 测试:
运行结果如下图所示,最左边是并发线程的数量:
显而易见,无论线程数量是多少,ThreadLocalRandom
性能是远高于Random
。
总结
本文讲解了 JDK 中提供的两种生成随机数的方式,一个是 JDK 1.0 引入的Random
类,另外一个是 JDK1.7 引入的ThreadLocalRandom
类,由于底层的实现机制不同,ThreadLocalRandom
的性能是远高于Random
,建议后面大家在技术选型的时候优先使用ThreadLocalRandom
。
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