java并发高的情况下用ThreadLocalRandom来生成随机数 java

目录
一：简述
二：Random的性能差在哪里
三：ThreadLocalRandom的简单使用
四：为什么ThreadLocalRandom能在保证线程安全的情况下还能有不错的性能
一：简述
如果我们想要生成一个随机数，通常会使用Random类。但是在并发情况下Random生成随机数的性能并不是很理想，今天给大家介绍一下JUC包中的用于生成随机数的类--ThreadLocalRandom.（本文基于JDK1.8）
二：Random的性能差在哪里
Random随机数生成是和种子seed有关，而为了保证线程安全性，Random通过CAS机制来保证线程安全性。从next()方法中我们可以发现seed是通过自旋锁和CAS来进行修改值的。如果在高并发的场景下，那么可能会导致CAS不断失败，从而导致不断自旋，这样就可能会导致服务器CPU过高。

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)); }

三：ThreadLocalRandom的简单使用
使用的方法很简单，通过ThreadLocalRandom.current()获取到ThreadLocalRandom实例，然后通过nextInt()，nextLong()等方法获取一个随机数。
代码：

@Test void test() throws InterruptedException { new Thread(()->{ ThreadLocalRandom random = ThreadLocalRandom.current(); System.out.println(random.nextInt(100)); }).start(); new Thread(()->{ ThreadLocalRandom random = ThreadLocalRandom.current(); System.out.println(random.nextInt(100)); }).start(); Thread.sleep(100); }

运行结果：

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四：为什么ThreadLocalRandom能在保证线程安全的情况下还能有不错的性能
我们可以看一下ThreadLocalRandom的代码实现。
首先我们很容易看出这是一个饿汉式的单例

/** Constructor used only for static singleton */ private ThreadLocalRandom() { initialized = true; // false during super() call } /** The common ThreadLocalRandom */ static final ThreadLocalRandom instance = new ThreadLocalRandom();

我们可以看到PROBE成员变量代表的是Thread类的threadLocalRandomProbe属性的内存偏移量，SEED成员变量代表的是Thread类的threadLocalRandomSeed属性的内存偏移量，SECONDARY成员变量代表的是Thread类的threadLocalRandomSecondarySeed属性的内存偏移量。

// Unsafe mechanics private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE; private static final long SEED; private static final long PROBE; private static final long SECONDARY; static { try { UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe(); Class tk = Thread.class; SEED = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSeed")); PROBE = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomProbe")); SECONDARY = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSecondarySeed")); } catch (Exception e) { throw new Error(e); } }

【java并发高的情况下用ThreadLocalRandom来生成随机数】可以看到Thread类中确实有这三个属性
Thread类：

@sun.misc.Contended("tlr") //当前Thread的随机种子默认值是0 long threadLocalRandomSeed; /** Probe hash value; nonzero if threadLocalRandomSeed initialized */ @sun.misc.Contended("tlr") //用来标志当前Thread的threadLocalRandomSeed是否进行了初始化 0代表没有，非0代表已经初始化默认值是0 int threadLocalRandomProbe; /** Secondary seed isolated from public ThreadLocalRandom sequence */ @sun.misc.Contended("tlr") //当前Thread的二级随机种子默认值是0 int threadLocalRandomSecondarySeed;

接下来我们看ThreadLocalRandom.current()方法。
ThreadLocalRandom.current()
ThreadLocalRandom.current()的作用主要是初始化随机种子，并且返回ThreadLocalRandom的实例。
首先通过UNSAFE类获取当前线程的Thread对象的threadLocalRandomProbe属性，看随机种子是否已经初始化。没有初始化，那么调用localInit()方法进行初始化

public static ThreadLocalRandom current() { // 获取当前线程的 if (UNSAFE.getInt(Thread.currentThread(), PROBE) == 0) localInit(); return instance; }

localInit()
localInit()方法的作用就是初始化随机种子，可以看到代码很简单，就是通过UNSAFE类对当前Thread的threadLocalRandomProbe属性和threadLocalRandomSeed属性进行一个赋值。

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); }

接下来以nextInt()方法为例，看ThreadLocalRandom是如何生成到随机数的。我们可以看出随机数正是通过nextSeed()方法获取到随机种子，然后通过随机种子而生成。所以重点看nextSeed()方法是如何获取到随机种子的。

public int nextInt(int bound) { if (bound <= 0) throw new IllegalArgumentException(BadBound); int r = mix32(nextSeed()); int m = bound - 1; if ((bound & m) == 0) // power of two r &= m; else { // reject over-represented candidates for (int u = r >>> 1; u + m - (r = u % bound) < 0; u = mix32(nextSeed()) >>> 1) ; } return r; }

nextSeed()
nextSeed()方法的作用是获取随机种子，代码很简单，就是通过UNSAFE类获取当前线程的threadLocalRandomSeed属性，并且将原来的threadLocalRandomSeed加上GAMMA设置成新的threadLocalRandomSeed。

final long nextSeed() { Thread t; long r; // read and update per-thread seed UNSAFE.putLong(t = Thread.currentThread(), SEED, r = UNSAFE.getLong(t, SEED) + GAMMA); return r; }

小结：
ThreadLocalRandom为什么线程安全？是因为它将随机种子保存在当前Thread对象的threadLocalRandomSeed变量中，这样每个线程都有自己的随机种子，实现了线程级别的隔离，所以ThreadLocalRandom也并不需要像Random通过自旋锁和cas来保证随机种子的线程安全性。在高并发的场景下，效率也会相对较高。
注:各位有没有发现ThreadLocalRandom保证线程安全的方式和ThreadLocal有点像呢
需要注意的点：
1.ThreadLocalRandom是单例的。
2.我们每个线程在获取随机数之前都需要调用一下ThreadLocalRandom.current()来初始化当前线程的随机种子。
3.理解ThreadLocalRandom需要对UnSafe类有所了解，它是Java提供的一个可以直接通过内存对变量进行获取和修改的一个工具类。java的CAS也是通过这个工具类来实现的。