Java 產生指定範圍隨機數完整攻略

兩大核心類對比

Random 核心方法速查

Random random = new Random();           // 系統時間種子
Random random = new Random(100L);       // 指定種子，結果固定

random.nextInt();           // 隨機 int (含負數)
random.nextInt(100);        // [0, 100) 隨機 int
random.nextLong();          // 隨機 long
random.nextDouble();        // [0.0, 1.0) 隨機 double
random.nextFloat();         // [0.0, 1.0) 隨機 float
random.nextBoolean();       // 隨機 boolean
random.nextGaussian();      // 高斯分布 (均值0,標準差1)

常見範圍生成公式

1. [min, max] 閉區間整數

// 方式一：Random.nextInt (推薦)
int randomInt = random.nextInt(max - min + 1) + min;

// 方式二：Math.random
int randomInt = (int) (Math.random() * (max - min + 1)) + min;

// 方式三：ThreadLocalRandom (JDK 7+, 多線程高性能)
int randomInt = ThreadLocalRandom.current().nextInt(min, max + 1);

2. [0, n) 非負整數

int n = 100;
int r1 = random.nextInt(n);           // 最簡潔
int r2 = Math.abs(random.nextInt()) % n; // 兼容舊代碼寫法
int r3 = (int) (Math.random() * n);

3. 指定精度小數

// 保留 2 位小數 [0.00, 100.00]
double r = Math.round(random.nextDouble() * 10000) / 100.0;
// 或
double r = new BigDecimal(random.nextDouble() * 100).setScale(2, RoundingMode.HALF_UP).doubleValue();

進階場景實戰

生成不重複隨機數（如彩票號碼）

public static List<Integer> distinctRandom(int count, int min, int max) {
    if (count > (max - min + 1)) throw new IllegalArgumentException("範圍不足");
    
    Set<Integer> set = new LinkedHashSet<>(); // 保持插入順序
    Random random = new Random();
    while (set.size() < count) {
        set.add(random.nextInt(max - min + 1) + min);
    }
    return new ArrayList<>(set);
}

// JDK 8+ Stream 寫法
public static int[] distinctRandomStream(int count, int min, int max) {
    return ThreadLocalRandom.current()
        .ints(min, max + 1)
        .distinct()
        .limit(count)
        .toArray();
}

加權隨機選擇（如抽獎概率）

public static <T> T weightedRandom(Map<T, Integer> weightMap) {
    int totalWeight = weightMap.values().stream().mapToInt(Integer::intValue).sum();
    int randomWeight = ThreadLocalRandom.current().nextInt(totalWeight);
    
    int cumulative = 0;
    for (Map.Entry<T, Integer> entry : weightMap.entrySet()) {
        cumulative += entry.getValue();
        if (randomWeight < cumulative) {
            return entry.getKey();
        }
    }
    throw new IllegalStateException("權重計算異常");
}

可復現隨機序列（測試/模擬專用）

// 固定種子，每次運行序列相同
Random seededRandom = new Random(12345L);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    System.out.println(seededRandom.nextInt(100));
}
// 輸出固定：51, 78, 12, 34, 90...

線程安全高性能選擇：ThreadLocalRandom

JDK 7 引入 java.util.concurrent.ThreadLocalRandom，每線程獨立實例，無鎖競爭，性能遠超 Random 和 Math.random()。

// 並行流中使用
List<Integer> list = ThreadLocalRandom.current()
    .ints(1000, 1, 101)
    .boxed()
    .collect(Collectors.toList());

安全性警示

Random 非加密安全，種子可預測。安全敏感場景（Token、Session ID、加密密鑰）必須使用：

SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();
byte[] token = new byte[32];
secureRandom.nextBytes(token);
String secureToken = Base64.getUrlEncoder().withoutPadding().encodeToString(token);

總結選型建議

• 一般業務：ThreadLocalRandom.current().nextInt(min, max+1)
• 需復現測試：new Random(seed)
• 簡單臨時：(int)(Math.random() * range) + min
• 加密安全：SecureRandom
• 並行大量生成：ThreadLocalRandom + Stream API