Java 隨機數生成全攻略：三種方式、Random API 與效能對比

一、三大生成方式概覽

二、Random 類完整 API 速查

// 構造
Random()                    // 種子 = System.nanoTime() + 混合
Random(long seed)           // 固定種子 → 序列可復現

// 基本型別
boolean nextBoolean()
void nextBytes(byte[] buf)
double nextDouble()         // [0.0, 1.0)
float nextFloat()           // [0.0, 1.0)
int nextInt()               // 全 int 範圍
int nextInt(int bound)      // [0, bound) —— 最常用
long nextLong()
double nextGaussian()       // 正態分佈 μ=0, σ=1

// 進階
void setSeed(long seed)     // 重置種子（同步方法）

三、實戰代碼範例

1. 取模獲取區間整數

// 方式 1：系統時間
long l = System.currentTimeMillis();
int i1 = (int) (l % 100); // [0, 100)

// 方式 2：Math.random()
double d = Math.random();
int i2 = (int) (d * 100); // [0, 100)

// 方式 3：Random（推薦）
Random r = new Random();
int i3 = r.nextInt(100);  // [0, 100) 分布均勻

2. 固定種子驗證可復現性

Random r1 = new Random(1000);
Random r2 = new Random(1000);
System.out.println(r1.nextInt(100) == r2.nextInt(100)); // true
System.out.println(r1.nextDouble() == r2.nextDouble()); // true

3. 多線程環境下的 ThreadLocalRandom（Java 7+）

// 無爭用、效能優於共享 Random
int v = ThreadLocalRandom.current().nextInt(100);

4. 安全級隨機數 SecureRandom

// 密碼學安全、種子來自 OS entropy pool、較慢
SecureRandom sr = new SecureRandom();
byte[] token = new byte[32];
sr.nextBytes(token); // 生成安全 Token、Session ID

四、常見陷阱與優化

• 種子碰撞：頻繁 new Random() 在高併發下可能產生相同種子（nanoTime 精度限制），改用 ThreadLocalRandom 或單例共享。
• nextInt(bound) 偏差：JDK 內部用拒絕採樣消除模運算偏差，直接呼叫最安全。
• 效能：ThreadLocalRandom > Random > Math.random() > SecureRandom。
• 可序列化：Random 實現 Serializable，可持久化狀態；ThreadLocalRandom 不可。

五、總結建議

1. 一般業務：ThreadLocalRandom.current().nextInt(bound)。
2. 需復現測試：new Random(fixedSeed)。
3. 安全敏感：SecureRandom。
4. 科學計算正態分佈：Random.nextGaussian()。
5. 避免在熱點路徑頻繁創建 Random 實例。