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?前言
大家項(xiàng)目中如果有生成隨機(jī)數(shù)的需求，我想大多都會(huì)選擇使用Random來實(shí)現(xiàn)，它內(nèi)部使用了CAS來實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，JDK1.7之后，提供了另外一個(gè)生成隨機(jī)數(shù)的類ThreadLocalRandom，那么他們二者之間的性能是怎么樣的呢？
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Random的使用
Random類是JDK提供的生成隨機(jī)數(shù)的類， 這個(gè)類不是隨機(jī)的，而是偽隨機(jī)的。什么是偽隨機(jī)呢？偽隨機(jī)是指生成的隨機(jī)數(shù)是有一定規(guī)律的，這個(gè)規(guī)律出現(xiàn)的周期因偽隨機(jī)算法的優(yōu)劣而異。一般來說，周期比較長，但可以預(yù)見。我們可以通過以下代碼簡單地使用 Random：
Random中有很多方法。這里我們就分析比較常見的nextInt()和nextInt(int bound)方法。
- nextInt()會(huì)計(jì)算int范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，
- nextInt(int bound)會(huì)計(jì)算[0，bound) 之間的隨機(jī)數(shù)，左閉右開。
實(shí)現(xiàn)原理
Random類的構(gòu)造函數(shù)如下圖所示：
可以看到在構(gòu)造方法中，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間seed生成了一個(gè)AtomicLong類型的seed。
public int nextInt() {
return next(32);
}這里面直接調(diào)用了next()方法，傳入了32，這里的32是指Int的位數(shù)。
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));
}這里會(huì)根據(jù)seed的當(dāng)前值，通過一定的規(guī)則（偽隨機(jī)）計(jì)算出下一個(gè)seed，然后進(jìn)行CAS。如果CAS失敗，繼續(xù)循環(huán)上述操作。最后根據(jù)我們需要的位數(shù)返回。
小結(jié)：可以看出在next(int bits)?方法中，對(duì)AtomicLong進(jìn)行了CAS操作，如果失敗則循環(huán)重試。很多人一看到CAS，因?yàn)椴恍枰渔i，第一時(shí)間就想到了高性能、高并發(fā)。但是在這里，卻成為了我們多線程并發(fā)性能的瓶頸?？梢韵胂螅?dāng)我們有多個(gè)線程執(zhí)行CAS時(shí)，只有一個(gè)線程一定會(huì)失敗，其他的會(huì)繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行CAS操作。當(dāng)并發(fā)線程較多時(shí)，性能就會(huì)下降。
ThreadLocalRandom的使用
JDK1.7之后，提供了一個(gè)新類ThreadLocalRandom?來替代Random。
實(shí)現(xiàn)原理
我們先來看下current()方法。
public static ThreadLocalRandom current() {
if (UNSAFE.getInt(Thread.currentThread(), PROBE) == 0)
localInit();
return instance;
}
static final void localInit() {
int p = probeGenerator.addAndGet(PROBE_INCREMENT);
int probe = (p == 0) ? 1 : p; // skip 0
long seed = mix64(seeder.getAndAdd(SEEDER_INCREMENT));
Thread t = Thread.currentThread();
UNSAFE.putLong(t, SEED, seed);
UNSAFE.putInt(t, PROBE, probe);
}如果沒有初始化，先進(jìn)行初始化，這里我們的seed不再是全局變量了。我們的線程中有三個(gè)變量：
/** The current seed for a ThreadLocalRandom */
@sun.misc.Contended("tlr")
long threadLocalRandomSeed;
/** Probe hash value; nonzero if threadLocalRandomSeed initialized */
@sun.misc.Contended("tlr")
int threadLocalRandomProbe;
/** Secondary seed isolated from public ThreadLocalRandom sequence */
@sun.misc.Contended("tlr")
int threadLocalRandomSecondarySeed;
- threadLocalRandomSeed：這是我們用來控制隨機(jī)數(shù)的種子。
- threadLocalRandomProbe：這個(gè)就是ThreadLocalRandom，用來控制初始化。
- threadLocalRandomSecondarySeed：這是二級(jí)種子。
關(guān)鍵代碼如下：
UNSAFE.putLong(t = Thread.currentThread(), SEED,r=UNSAFE.getLong(t, SEED) + GAMMA);
可以看出，由于每個(gè)線程都維護(hù)自己的seed?，所以此時(shí)不需要CAS?，直接進(jìn)行put。這里通過線程間的隔離來減少并發(fā)沖突，所以ThreadLocalRandom的性能非常高。
性能對(duì)比
通過基準(zhǔn)工具JMH測(cè)試：
@BenchmarkMode({Mode.AverageTime})
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@Warmup(iteratinotallow=3, time = 5, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
@Measurement(iteratinotallow=3,time = 5)
@Threads(4)
@Fork(1)
@State(Scope.Benchmark)
public class Myclass {
Random random = new Random();
ThreadLocalRandom threadLocalRandom = ThreadLocalRandom.current();
@Benchmark
public int measureRandom(){
return random.nextInt();
}
@Benchmark
public int threadLocalmeasureRandom(){
return threadLocalRandom.nextInt();
}
}運(yùn)行結(jié)果如下圖所示，最左邊是并發(fā)線程的數(shù)量：
顯而易見，無論線程數(shù)量是多少，ThreadLocalRandom?性能是遠(yuǎn)高于Random。
總結(jié)
本文講解了JDK中提供的兩種生成隨機(jī)數(shù)的方式，一個(gè)是JDK 1.0引入的Random?類，另外一個(gè)是JDK1.7引入的ThreadLocalRandom?類，由于底層的實(shí)現(xiàn)機(jī)制不同，ThreadLocalRandom?的性能是遠(yuǎn)高于Random?，建議后面大家在技術(shù)選型的時(shí)候優(yōu)先使用ThreadLocalRandom。
新聞標(biāo)題：Java中生成隨機(jī)數(shù)RandomVSThreadLocalRandom性能比較
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