【JavaSE专栏42】Java常用类Random解析，伪随机数的生成

深藏阁楼爱情的钟 2023-10-13 16:29 73阅读 0赞

> **作者主页**：[Designer 小郑][Designer]  
> **作者简介**：3年JAVA全栈开发经验，专注JAVA技术、系统定制、远程指导，致力于企业数字化转型，CSDN学院、蓝桥云课认证讲师。  
> **主打方向**：Vue、SpringBoot、微信小程序

本文讲解了 Java 中常用类 Random 的语法、使用说明和应用场景，并给出了样例代码。

#### 目录 ####

*  一、什么是Random类
 *  二、Random类的方法
 *  三、Random类的随机原理
 *  四、Random类的应用场景
 *  五、Random 类面试题
 *  六、总结

--------------------

## 一、什么是Random类 ##

**Random 类是 Java 中的一个随机数生成器类**，位于 `java.util`包中，它提供了生成各种类型的伪随机数的方法。

使用 Random 类可以生成以下类型的随机数：

1.  **整数随机数**：使用 `nextInt()` 方法生成一个随机的整数。
2.  **长整数随机数**：使用 `nextLong()` 方法生成一个随机的长整数。
3.  **浮点数随机数**：使用 `nextFloat()` 方法生成一个  0 0 0 到  1 1 1 之间的随机的浮点数。
4.  **双精度浮点数随机数**：使用 `nextDouble()` 方法生成一个  0 0 0 到  1 1 1 之间的随机的双精度浮点数。
5.  **布尔随机数**：使用 `nextBoolean()` 方法生成一个随机的布尔值。

Random类的使用示例：

import java.util.Random;
    
    public class Main {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Random random = new Random();
    
            int randomNumber = random.nextInt(100); // 生成一个0到99之间的随机整数
            System.out.println("Random number: " + randomNumber);
    
            double randomDouble = random.nextDouble(); // 生成一个0到1之间的随机双精度浮点数
            System.out.println("Random double: " + randomDouble);
    
            boolean randomBoolean = random.nextBoolean(); // 生成一个随机的布尔值
            System.out.println("Random boolean: " + randomBoolean);
        }
    }

以上示例代码展示了 Random 类的基本用法。通过创建一个 Random 对象,然后调用相应的方法即可生成不同类型的随机数。

需要注意的是，Random 类生成的是伪随机数，使用相同的种子值生成的随机数序列是相同的，若需要更加随机的数值,可以使用 SecureRandom 类。

![在这里插入图片描述][7223801c63f64995bcb3ed7d59db2dd3.png_pic_center]

--------------------

## 二、Random类的方法 ##

Random类提供了以下常用的方法：

1.  **nextInt()：生成一个随机的整数。**

Random random = new Random();
       int randomNumber = random.nextInt();
       System.out.println("Random number: " + randomNumber);

1.  **nextInt(int bound)：生成一个  0 0 0（包括）到指定的上界值（不包括）之间的随机整数。**

Random random = new Random();
       int randomNumber = random.nextInt(10); // 生成0到9之间的随机整数
       System.out.println("Random number: " + randomNumber);

1.  **nextLong()：生成一个随机的长整数。**

Random random = new Random();
       long randomLong = random.nextLong();
       System.out.println("Random long: " + randomLong);

1.  **nextFloat()：生成一个  0 0 0 到  1 1 1 之间的随机浮点数。**

Random random = new Random();
       float randomFloat = random.nextFloat();
       System.out.println("Random float: " + randomFloat);

1.  **nextDouble()：生成一个  0 0 0 到  1 1 1 之间的随机双精度浮点数。**

Random random = new Random();
       double randomDouble = random.nextDouble();
       System.out.println("Random double: " + randomDouble);

1.  **nextBoolean()：生成一个随机的布尔值。**

Random random = new Random();
       boolean randomBoolean = random.nextBoolean();
       System.out.println("Random boolean: " + randomBoolean);

以上是 Random 类的一些常用方法，通过创建 Random 对象并调用相应的方法，可以生成各种类型的随机数。

![在这里插入图片描述][39536892fe1e4b3887124dc8ad16c040.png_pic_center]

--------------------

## 三、Random类的随机原理 ##

Random 类是基于伪随机数生成器的 Java类，其随机数生成的原理主要是基于种子和算法。

在创建 Random 对象时，可以选择指定一个种子值，也可以使用默认的无参构造函数，此时种子值会根据当前时间自动生成，种子值决定了随机数序列的起始点。

Random类内部使用了一个  48 48 48 位的种子值，通过一个线性同余算法来生成下一个随机数。线性同余算法是一种简单而高效的伪随机数生成算法，其公式为： s e e d seed seed = ( s e e d seed seed \* `0x5DEECE66DL` \+ `0xBL`) &  ( ( 1 L < < 48 ) − 1 ) ((1L << 48) - 1) ((1L<<48)−1)。通过这个公式，每次生成随机数时，会对种子值进行一系列操作，不断改变种子值的状态，从而生成不同的随机数。

Random 类提供了多个方法来生成不同类型的随机数，这些方法内部都是基于上述的种子和算法来生成随机数的。具体来说，nextInt()方法会生成一个  32 32 32 位的随机整数，`nextLong()` 方法会生成一个64位的随机长整数，`nextFloat()` 方法会生成一个  0 0 0 到  1 1 1 之间的随机浮点数，`nextDouble()` 方法会生成一个  0 0 0 到  1 1 1 之间的随机双精度浮点数，`nextBoolean()` 方法会生成一个随机的布尔值。

> 需要注意的是，Random 类生成的是伪随机数，即通过算法计算得到的随机数序列，如果使用相同的种子值，生成的随机数序列也是相同的。如果需要更加随机的随机数，可以考虑使用 `SecureRandom`类，它提供了更加安全和高质量的随机数生成器。

![在这里插入图片描述][fbcfc78715a1412795e0eb703c960d43.png_pic_center]

--------------------

## 四、Random类的应用场景 ##

Random 类在 Java 中有许多应用场景，以下是一些常见的应用场景：

1.  **游戏开发**：在游戏中常常需要生成随机的数值，如随机生成敌人的位置、随机生成道具的属性等。
2.  **模拟实验**：在科学研究或者工程仿真中，需要生成随机的输入数据来进行模拟实验，例如随机生成传感器数据、随机生成用户行为数据等。
3.  **数据分析与统计**：在数据分析和统计领域，需要随机抽样、随机排序、随机分配等操作，Random 类可以生成随机索引或随机数来实现这些操作。
4.  **加密算法**：在加密算法中，随机数被广泛应用于生成密钥、初始化向量等关键数据。
5.  **随机化算法**：在算法设计中，随机化算法可以用来打破输入的有序性，提高算法的鲁棒性和性能。
6.  **UI设计**：在用户界面设计中，可以使用随机数生成器来创建随机颜色、随机排列等效果，增加界面的变化性和趣味性。
7.  **测试和调试**：在软件测试和调试过程中，可以使用随机数生成器模拟随机的输入条件，提高测试覆盖率和检测问题的能力。

总之，Random 类可以在许多需要随机性的场景中使用，它提供了方便的方法来生成不同类型的随机数，为程序的设计和实现提供了灵活性和多样性。

![在这里插入图片描述][de86e70200ec4d6bad8e97eeae55ea87.png_pic_center]

--------------------

## 五、Random 类面试题 ##

> 一、Random 类的作用是什么？

Random 类是 Java 中用于生成伪随机数的类。它提供了各种方法来生成不同类型的随机数，如整数、浮点数、布尔值等。

> 二、如何创建一个 Random 对象？

可以通过以下方式创建一个 Random 对象：

Random random = new Random();

这将创建一个使用默认种子的 Random 对象。

> 三、Random类常用的方法有哪些？

Random 类提供了许多方法来生成随机数，常用的方法包括：

*  `nextInt(int n)`：生成一个介于  0 0 0（包括）和指定整数  n n n（不包括）之间的随机整数。
 *  `nextDouble()`：生成一个介于  0.0 0.0 0.0 和  1.0 1.0 1.0 之间的随机浮点数。
 *  `nextBoolean()`：生成一个随机的布尔值。
 *  `nextBytes(byte[] bytes)`：生成随机的字节数组。
 *  `setSeed(long seed)`：设置随机数生成器的种子。

> 四、Random 类的种子是什么意思？

种子是一个起始值，用于初始化随机数生成器，相同种子生成的随机数序列是相同的，因此可以通过设置种子来重现相同的随机数序列。如果不设置种子，则使用系统时间作为默认种子。

> 五一、Random 类是否线程安全？

Random 类不是线程安全的，因为它的方法是可变的，可能会修改随机数生成器的状态，如果在多个线程中共享 Random 对象，需要采取同步措施来确保线程安全性。

--------------------

## 六、总结 ##

本文讲解了 Java 中常用类 Random 的语法、使用说明和应用场景，并给出了样例代码。在下一篇博客中，将讲解 Java 中 SimpleDateFormat 类操作日期格式化的知识。

![在这里插入图片描述][3a01dc60e62c415b812015851343f1c0.png_pic_center]

[Designer]: https://blog.csdn.net/qq_41464123
[7223801c63f64995bcb3ed7d59db2dd3.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/7223801c63f64995bcb3ed7d59db2dd3.png#pic_center
[39536892fe1e4b3887124dc8ad16c040.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/39536892fe1e4b3887124dc8ad16c040.png#pic_center
[fbcfc78715a1412795e0eb703c960d43.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/fbcfc78715a1412795e0eb703c960d43.png#pic_center
[de86e70200ec4d6bad8e97eeae55ea87.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/de86e70200ec4d6bad8e97eeae55ea87.png#pic_center
[3a01dc60e62c415b812015851343f1c0.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/3a01dc60e62c415b812015851343f1c0.png#pic_center