恕我直言,我怀疑你并不会生成随机数

2020/04/14

有一次,我在逛 Stack Overflow 的时候,发现有这样一个问题:“Java 中如何产生一个指定范围内的随机数”,我心想,“就这破问题,竟然有 398 万的阅读量,统计确定没搞错?不就一个 Math.random() 的事儿嘛。”

于是我直接动用自己的权力投了一票反对。结果,没等到权力执行后的喜悦,却收到了一条提醒:“声望值低于 125 的人有投票权,但不会公开显示。”我呀,我去,扎心了。就冲我这急脾气,不用代码证明一下自己的实力,我还有脸说自己有十年的开发经验吗?于是我兴冲冲地就打开 IDEA,敲下了下面这段代码:

public class GenerateMathRandomInteger {
    public static void main(String[] args) {
        int leftLimit = 2;
        int rightLimit = 11;

        Runnable r = () -> {
            int generatedInteger = leftLimit + (int) (Math.random() * rightLimit);
            System.out.println(generatedInteger);
        };
       for (int i = 1; i < 10; i++) {
           new Thread(r).start();
       }
    }
}

这段代码我写得没毛病吧?乍看上去,参数和类的命名都很合理,就连 Lambda 表达式也用上了。但程序输出的结果却出乎我的意料:

8
10
10
4
3
4
6
12
3

12 是从哪里蹦出来的?当然是从程序的 bug 里蹦出来。leftLimit + (int) (Math.random() * rightLimit) 生成的随机数可能超出指定的范围。不行,Math.random() 信不过,必须要换一种方法。灵机一动,我想到了 Random 类,于是我写下了新的代码:

public class GenerateRandomInteger {
    public static void main(String[] args) {
        int leftLimit = 2;
        int rightLimit = 11;

        Random random = new Random();
        int range = rightLimit - leftLimit + 1;

        Runnable r = () -> {
            int generatedInteger = leftLimit + random.nextInt() % range;
            System.out.println(generatedInteger);
        };
       for (int i = 1; i < 10; i++) {
           new Thread(r).start();
       }
    }
}

这一次,我满怀信心,Math.random() 解决不了的问题,random.nextInt() 就一定能够解决。结果,输出结果再次啪啪啪打了我这张帅脸。

0
-3
10
2
2
-4
-4
-6
6

竟然还有负数,这真的是残酷的现实,我被教育了,似乎找回了刚入职那会被领导蹂躏的感觉。幸好,我的心态已经不像年轻时候那样易怒,稳得一匹:出问题不要紧,找解决方案就对了。

于是 5 分钟后我写出了下面这段代码:

public class GenerateRandomInteger {
    public static void main(String[] args) {
        int leftLimit = 2;
        int rightLimit = 11;

        Random random = new Random();
        int range = rightLimit - leftLimit;

        Runnable r = () -> {
            int generatedInteger = leftLimit + (int)(random.nextFloat() * range);
            System.out.println(generatedInteger);
        };
       for (int i = 1; i < 10; i++) {
           new Thread(r).start();
       }
    }
}

无论是调整线程的数量,还是多次重新运行,结果都符合预期,在 2 - 11 之间。

7
2
5
8
6
2
9
9
7

nextFloat() 方法返回一个均匀分布在 0 - 1 之间的随机浮点数(包含 0.0f,但不包含 1.0f),乘以最大值和最小值的差,再强转为 int 类型就可以保证这个随机数在 0 到(最大值-最小值)之间,最后再加上最小值,就恰好可以得到指定范围内的数字。

如果你肯读源码的话,会发现 Random 类有一个 nextInt(int bound) 的方法,该方法会返回一个随机整数,均匀分布在 0 - bound 之间(包含 0,但不包含指定的 bound)。那么利用该方法也可以得到一个有效的随机数,来看示例代码。

public class GenerateRandomNextInt {
    public static void main(String[] args) {
        int leftLimit = 2;
        int rightLimit = 11;

        Random random = new Random();
        Runnable r = () -> {
            int generatedInteger = leftLimit + random.nextInt(rightLimit - leftLimit + 1);
            System.out.println(generatedInteger);
        };
       for (int i = 1; i < 10; i++) {
           new Thread(r).start();
       }
    }
}

由于 nextInt() 不包含 bound,因此需要 + 1。程序运行的结果也符合预期:

8
2
9
8
4
6
4
5
7

你看,我之前两次尝试都以失败告终,但我仍然没有放弃希望,经过自己的深思熟虑,我又找到了两种可行的解决办法。这让我想起了普希金的一首诗歌:

假如生活欺骗了你,不要悲伤,不要心急,忧郁的日子里需要镇静,一切都会过去,一切都是瞬息,一切都会过去。希望之火需要再燃,需要呵护,不致让暴风雨将其熄灭,不致让自己在黑暗、阴冷、无助中绝望。

一首好诗吟完之后,我们再来想想还有没有其他的方案。反正我是想到了,Java 7 以后可以使用 ThreadLocalRandom 类,代码示例如下:

public class GenerateRandomThreadLocal {
    public static void main(String[] args) {
        int leftLimit = 2;
        int rightLimit = 11;

        Runnable r = () -> {
            int generatedInteger = ThreadLocalRandom.current().nextInt(leftLimit, rightLimit +1);
            System.out.println(generatedInteger);
        };
       for (int i = 1; i < 10; i++) {
           new Thread(r).start();
       }
    }
}

程序输出的结果如下:

11
9
6
10
6
6
10
7
3

ThreadLocalRandom 类继承自 Random 类,它使用了内部生成的种子来初始化(外部无法设置,所以不能再现测试场景),并且不需要显式地使用 new 关键字来创建对象(Random 可以通过构造方法设置种子),可以直接通过静态方法 current() 获取针对本地线程级别的对象:

static final ThreadLocalRandom instance = new ThreadLocalRandom();

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();
    U.putLong(t, SEED, seed);
    U.putInt(t, PROBE, probe);
}

public static ThreadLocalRandom current() {
    if (U.getInt(Thread.currentThread(), PROBE) == 0)
        localInit();
    return instance;
}

这样做的好处就是,在多线程或者线程池的环境下,可以节省不必要的内存开销。

最后,我再提供一个解决方案,使用 Apache Commons Math 类库的 RandomDataGenerator 类。在使用该类库之前,需要在 pom.xml 文件中引入该类库的依赖。

<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-math3</artifactId>
    <version>3.6.1</version>
</dependency>

在需要生成指定范围的随机数时,使用 new RandomDataGenerator() 获取随机生成器实例,然后使用 nextInt() 方法直接获取最大值与最小值之间的随机数。来看示例。

public class RandomDataGeneratorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int leftLimit = 2;
        int rightLimit = 11;

        Runnable r = () -> {
            int generatedInteger = new RandomDataGenerator().nextInt( leftLimit,rightLimit);
            System.out.println(generatedInteger);
        };
       for (int i = 1; i < 10; i++) {
           new Thread(r).start();
       }
    }
}

输出结果如下所示:

8
4
4
4
10
3
10
3
6

结果完全符合我们的预期——这也是我的最后一招,没想到就这么愉快地全交给你了。

好了,我亲爱的读者朋友,以上就是本文的全部内容了。如果觉得文章对你有点帮助,请微信搜索「 沉默王二 」第一时间阅读。示例代码已经上传到 GitHub,传送门~

我是沉默王二,一枚有趣的程序员。原创不易,莫要白票,请你为本文点个赞吧,这将是我写作更多优质文章的最强动力。

(转载本站文章请注明作者和出处 沉默王二

Show Disqus Comments

Post Directory

扫码或搜索:沉默王二
发送 290992
即可立即永久解锁本站全部文章