java并发高的情况下用ThreadLocalRandom来生成随机数

 更新时间:2022年05月15日 09:09:33   作者:麻雀也有明天TuT  
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,本文主要介绍了java并发高的情况下用ThreadLocalRandom来生成随机数,感兴趣的可以了解一下

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:

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);
    }
}

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。

到此这篇关于java并发高的情况下用ThreadLocalRandom来生成随机数的文章就介绍到这了,更多相关java ThreadLocalRandom生成随机数内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

相关文章

  • 详解Java快速上手用户后台管理系统

    详解Java快速上手用户后台管理系统

    只有在实战中练习才能真正获得能力的提升,本篇文章手把手带你用Java快速上手实现一个用户后台管理系统,大家可以在过程中查缺补漏,提升水平
    2022-01-01
  • Maven默认使用JDK1.5的问题及解决方案

    Maven默认使用JDK1.5的问题及解决方案

    这篇文章主要介绍了Maven默认使用JDK1.5的问题及解决方案,本文给大家分享两种方式,通过图文并茂的形式给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下
    2020-04-04
  • Java8中的 Lambda表达式教程

    Java8中的 Lambda表达式教程

    这篇文章主要介绍了 Java8中的 Lambda表达式教程,需要的朋友可以参考下
    2017-02-02
  • springmvc实现简单的拦截器

    springmvc实现简单的拦截器

    这篇文章主要为大家详细介绍了springmvc实现简单拦截器的相关资料,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2017-05-05
  • 使用IDEA搭建MyBatis环境详细过程

    使用IDEA搭建MyBatis环境详细过程

    这篇文章主要介绍了使用IDEA搭建MyBatis环境的相关知识,包括创建项目的过程及导入mybatis的核心jar包的详细说明,本文通过图文实例代码相结合给大家介绍的非常详细,需要的朋友可以参考下
    2021-05-05
  • java不通过配置文件初始化logger示例

    java不通过配置文件初始化logger示例

    这篇文章主要介绍了java不通过配置文件初始化logger示例,需要的朋友可以参考下
    2014-05-05
  • 5种必会的Java异步调用转同步的方法你会几种

    5种必会的Java异步调用转同步的方法你会几种

    这篇文章主要介绍了5种必会的Java异步调用转同步的方法你会几种,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
    2020-12-12
  • Java单利模式与多线程总结归纳

    Java单利模式与多线程总结归纳

    这篇文章主要介绍了Java单利模式与多线程总结归纳 的相关资料,需要的朋友可以参考下
    2016-03-03
  • JavaSE实现三子棋游戏

    JavaSE实现三子棋游戏

    这篇文章主要为大家详细介绍了JavaSE实现三子棋游戏,文中示例代码介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2022-05-05
  • python 与HFSS联合仿真的教程讲解

    python 与HFSS联合仿真的教程讲解

    这篇文章主要介绍了python 与HFSS联合仿真的教程讲解,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
    2021-03-03

最新评论