為什么需要ThreadLocalRandom

java.util.Random一直都是使用比較廣泛的隨機(jī)數(shù)生成工具類，而且java.lang.Math中的隨機(jī)數(shù)生成也是使用的java.util.Random實(shí)例。

我們下面看一下java.util.Random的使用方法：

import java.util.Random;
public class code_4_threadRandom {
    public static void main(String[] args) {

        Random random = new Random();
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(
                    random.nextInt(5)
            );
        }
    }
}

隨機(jī)數(shù)的生成需要一個(gè)默認(rèn)的種子，這個(gè)種子是一個(gè)long類型的數(shù)字，這可以通過(guò)創(chuàng)建Random對(duì)象時(shí)通過(guò)構(gòu)造函數(shù)指定，如果不指定則在默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)內(nèi)部生成一個(gè)默認(rèn)值。

public int nextInt(int bound) {
//參數(shù)檢查
    if (bound <= 0)
        throw new IllegalArgumentException(BadBound);
//根據(jù)老的種子生成新的種子
    int r = next(31);
    int m = bound - 1;
    if ((bound & m) == 0)  // i.e., bound is a power of 2
    //根據(jù)新種子生成新的隨機(jī)數(shù)
        r = (int)((bound * (long)r) >> 31);
    else {
        for (int u = r;
             u - (r = u % bound) + m < 0;
             u = next(31);
    }
    return r;
}

由上面代碼可見(jiàn)，一個(gè)新的隨機(jī)數(shù)生成需要兩個(gè)步驟：首先根據(jù)老的種子生成新的種子，然后根據(jù)新的種子來(lái)計(jì)算新的隨機(jī)數(shù)。如果在單線程的情況下每次調(diào)用nextInt都是根據(jù)老的種子計(jì)算出新的種子。但是在多線程下多個(gè)線程都可能都拿到同一個(gè)老的種子去生成新種子，這回導(dǎo)致多個(gè)線程生成的新隨機(jī)數(shù)是相同的。我們需要當(dāng)多個(gè)線程通過(guò)同一個(gè)老種子計(jì)算新種子時(shí)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程的新種子被計(jì)算出來(lái)后，第二個(gè)線程要丟棄掉老種子，用第一個(gè)線程計(jì)算出的新種子來(lái)計(jì)算自己的新種子。在Random類中，對(duì)象初始化時(shí)的種子就被保存到了種子原子變量里。

下面看一下next()的代碼：

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));
}

在上面代碼中，通過(guò)CAS操作來(lái)更新種子，在多線程情況下，多個(gè)線程同時(shí)計(jì)算隨機(jī)數(shù)來(lái)計(jì)算新的種子，多個(gè)線程會(huì)競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)原子變量的更新操作，會(huì)造成大量線程進(jìn)行自旋重試，降低并發(fā)性能。所以ThreadLocalRandom應(yīng)運(yùn)而生。

ThreadRandom原理詳解

import java.util.Random;
public class code_4_threadLocalRandom {
    public static void main(String[] args) {
        Random random = new ThreadLocalRandom.current();
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(
                    random1.nextInt(5)
            );
        }
    }
}

如果每個(gè)線程都維護(hù)一個(gè)種子變量，則每個(gè)線程生成隨機(jī)數(shù)時(shí)都根據(jù)自己老的種子計(jì)算新的種子，并使用新的種子更新老種子，再根據(jù)新種子計(jì)算隨機(jī)數(shù)，這就不會(huì)存在競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題了。ThreadLocalRandom 類 繼 承 了 Random 類 并 重 寫 了 nextlnt方法，在 ThreadLocalRandom 類中并沒(méi)有使用繼承自Random 類的原子性種子變量。

在ThreadLocalRandom中并沒(méi)有存放具體的種子，具體的種子存放在具體的調(diào)用線程的 threadLocalRandomSeed 變量里面。ThreadLocalRandom 類似于 ThreadLocal 類，就是個(gè)工具類。當(dāng)線程調(diào)用 ThreadLocalRandom的current 方法時(shí)，ThreadLocalRandom 負(fù)責(zé)初始化調(diào)用線程的threadLocalRandomSeed 變量，也就是初始化種子。當(dāng) 調(diào) 用 ThreadLocalRandom 的 nextInt 方 法 時(shí)， 實(shí)際 上 是 獲 取 當(dāng)前 線 程的threadLocalRandomSeed 變量作為當(dāng)前種子來(lái)計(jì)算新的種子，然后更新新的種子到當(dāng)前線程的threadLocalRandomSeed 變量，而后再根據(jù)新種子并使用具體算法計(jì)算隨機(jī)數(shù)。這里需要注意的是，threadLocalRandomSeed 變量就是 Thread 類里面的一個(gè)普通 long 變量，它并不是原子性變量。其實(shí)道理很簡(jiǎn)單，因?yàn)檫@個(gè)變量是線程級(jí)別的，所以根本不需要使用原子性變量。

變量instance是ThreadLocalRandom的一個(gè)實(shí)例，該變量是static的。當(dāng)多線程通過(guò)ThreadLocalRandom的current方法獲取ThreadLocalRandom的實(shí)例時(shí)，其實(shí)是同一個(gè)實(shí)例。但是由于具體的種子是存放在線程里面的，所以在ThreadLocalRandom的實(shí)例里面只包含與線程無(wú)關(guān)的通用算法，所以它是線程安全的。

到此這篇關(guān)于Java并發(fā)編程ThreadLocalRandom類詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java ThreadLocalRandom 內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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