多线程并发主题 -ThreadLocalRandom 类

• Random类简介

• Random类的不足之处

• ThreadLocalRandom简介

• ThreadLocalRandom原理剖析

• Random与ThreadLocalRandom实际执行情况对比

• ThreadLocalRandom类总结



Instances of {@code java.util.Random} are threadsafe. However, the concurrent use of the same {@code java.util.Random} instance across threads may encounter contention and consequent poor performance. Consider instead using {@linkjava.util.concurrent.ThreadLocalRandom} in multithreaded designs.



摘自Random类注释：

java.util.Random实例是线程安全的，然而，如果是在高并发的场景下使用，则其性能会降低。可以在多线程的场景下，使用java.util.concurrent.ThreadLocalRandom来替代java.util.Random。



环境：

JDK 1.7



Random类简介

Random类是jdk util包中的一个随机数生成类。其基本使用如下：

Random random = new Random();
System.out.println(random.nextInt(5));
//3

通过以上代码就可以生成0至5之间的随机整数（包含0，不包含5）。

Random生成随机数的过程如下：

1.首先实例化Random类，这时会初始化一个long型的种子值。

2.这个seed种子值可以以两种方式初始化，一种时根据系统时间，也就是通过无参方式初始化。

3.另外一种方式是根据固定种子值初始化，也就是有参方式。

4.seed种子的作用就是为了生成随机数（这里我们主要探究Random类与ThreadLocalRandom类的比较，所以对seed的生成过程源码不做探究，只说明作用），如果种子值相同，那么生成的随机数也是“相同”的。如下：

        Random random = new Random(1000);
        Random random1 = new Random(1000);
        System.out.println(random.nextInt(5));
        System.out.println(random1.nextInt(5));
				//2
				//2

5.有了种子后，就可以通过java.util.Random#nextInt()方法生成随机数了。在多线程环境下，多条线程会拿到相同的种子吗？答案是不会，在Random类中有一个方法，避免多线程环境下，线程共用一个种子值，java.util.Random#next(int bits)

    protected int next(int bits) {
        long oldseed, nextseed;
        AtomicLong seed = this.seed;
        do {
            oldseed = seed.get();
            nextseed = (oldseed * multiplier + addend) & mask;
        } while (!seed.compareAndSet(oldseed, nextseed));
        return (int)(nextseed >>> (48 - bits));
    }

能看到，方法中使用原子类AtomicLong，并用自旋操作保证一个至多会有一个线程更新种子值，这就可以保证Random是线程安全的。



Random类的不足之处

以上就是Random类生成随机数的过程，我们看到Random类来保证线程安全的关键是通过原子类的自旋操作保证的，cas是乐观锁的实现，适用于多线程少量更新的情况，一旦有大量更新的场景，自旋操作就会大量耗费cpu的资源，带来性能的下降，那么有没有方法解决Random在多线程环境下的性能问题呢，ThreadLocalRandom为我们提供了解决方案。



ThreadLocalRandom简介

JUC下的ThreadLocalRandom类是线程安全的类，它的作用和random一样，生成随机数。

根据类名，我们很容易想到ThreadLocal类，而ThreadLocalRandom保证线程安全的机制也是运行ThreadLocal的方式实现的，使用ThreadLocalRandom生成随机数的代码如下：

ThreadLocalRandom localRandom = ThreadLocalRandom.current();
localRandom.nextInt();

ThreadLocalRandom实例化是通过静态方法：ThreadLocalRandom.current()，



在多线程环境下，为什么ThreadLocalRandom的性能就明显优于Random类呢？不同于Random类，ThreadLocalRandom的种子是保存在本地线程中的，不存在种子值的资源共享问题，ThreadLocalRandom类创建本地线程的是类中的current方法，ThreadLocalRandom.current()方法的代码如下：

private static final ThreadLocal<ThreadLocalRandom> localRandom =
  new ThreadLocal<ThreadLocalRandom>() {
  protected ThreadLocalRandom initialValue() {
    return new ThreadLocalRandom();
  }
};
public static ThreadLocalRandom current() {
  return localRandom.get();
}

显而易见，每一个线程去调用ThreadLocalRandom.current()都会生成一个本地线程的实例ThreadLocal<ThreadLocalRandom> localRandom；这里本地线程的变量就是ThreadLocalRandom；

ThreadLocalRandom原理剖析



Random类



ThreadLocalRandom类



ThreadLocalRandom源码分析

1. 实例化ThreadLocalRandom

    /**
     * Returns the current thread's {@code ThreadLocalRandom}.
     *
     * @return the current thread's {@code ThreadLocalRandom}
     */
    public static ThreadLocalRandom current() {
        return localRandom.get();
    }



2.



Random与ThreadLocalRandom实际执行情况对比



ThreadLocalRandom类总结