Java隨機數的幾個有趣用法

　　眾所周知，隨機數是任何一種程式語言最基本的特徵之一。而產生隨機數的基本方式也是相同的：產生一個0到1之間的隨機數。看似簡單，但有時我們也會忽略了一些有趣的功能。

我們從書本上學到什麼？

　　最明顯的，也是直觀的方式，在Java中生成隨機數只要簡單的調用：

java.lang.Math.random()

　　在所有其他語言中，生成隨機數就像是使用Math工具類，如abs, pow, floor, sqrt和其他數學函數。大多數人透過書籍、教學和課程來了解這個類別。一個簡單的例子：從0.0到1.0之間可以產生一個雙精確度浮點數。那麼透過上面的訊息，開發人員要產生0.0和10.0之間的雙精度浮點數會這樣來寫：

Math.random() * 10

　　而產生0和10之間的整數，則會寫成：

Math.round(Math.random() * 10)

　　進階閱讀Math.random()的源碼，或者乾脆利用IDE的自動完成功能，開發人員可以很容易發現，java.lang.Math.random()使用一個內部的隨機生成對象– 一個很強大的對象可以靈活的隨機產生：布林值、所有數字類型，甚至是高斯分佈。例如：

new java.util.Random().nextInt(10)

　　它有一個缺點，就是它是一個物件。它的方法必須是透過一個實例來調用，這意味著必須先調用它的建構子。如果在記憶體充足的情況下，像上面的表達式是可以接受的；但當記憶體不足時，就會帶來問題。

　　一個簡單的解決方案，可以避免每次需要產生一個隨機數字時創建一個新實例，那就是使用一個靜態類別。猜你可能想到了java.lang.Math，很好，我們就是改良java.lang.Math的初始化。雖然這個工程量低，但你也要做一些簡單的單元測試來確保不會出錯。

　　假設程式需要產生一個隨機數來存儲，問題就又來了。例如有時需要操作或保護種子(seed)，一個內部數字用來儲存狀態和計算下一個隨機數。在這些特殊情況下，共用隨機產生物件是不合適的。

　　並發

　　在Java EE多執行緒應用程式的環境中，隨機產生實例物件仍然可以儲存在類別或其他實作類，作為一個靜態屬性。幸運的是，java.util.Random是線程安全的，所以不存在多個線程調用會破壞種子(seed)的風險。

　　另一個值得考慮的是多執行緒java.lang.ThreadLocal的實例。偷懶的做法是透過Java本身API實作單一實例，當然你也可以確保每個執行緒都有自己的一個實例物件。

　　雖然Java並沒有提供一個很好的方法來管理java.util.Random的單一實例。但是，期待已久的Java 7提供了一種新的方式來產生隨機數：

java.util.concurrent.ThreadLocalRandom.current().nextInt(10)

　　這個新的API綜合了其他兩種方法的優點：單一實例/靜態訪問，就像Math.random()一樣靈活。 ThreadLocalRandom也比其他任何處理高併發的方法更快。

　　經驗

　　Chris Marasti-Georg 指出:

Math.round(Math.random() * 10)

　　使分佈不平衡，例如：0.0 – 0.499999將四捨五入為0，而分佈不平衡，例如：0.0 – 0.499999將四捨五入為0，而分佈為0.5914999為199099為0，而五捨五入為0，而五入為099914999為19991939。那麼如何使用舊式語法來實現正確的均衡分佈，如下：

Math.floor(Math.random() * 11)

　　幸運的是，如果我們使用java.util.Random或java.util.concurrent.ThreadLocalRandom就不用擔心上述問題了。

　　Java實戰專案裡面介紹了一些不正確使用java.util.Random API的危害。這個教訓告訴我們不要使用：

Math.abs(rnd.nextInt())%n

　　而使用：

rnd.nextInt(n)