วิธีสร้างเลขสุ่มใน Java

ตัวเลขสุ่มปรากฏอยู่ทุกหนทุกแห่ง Javaตั้งแต่ข้อมูลสำหรับการทดสอบหน่วยและเกมทอยลูกเต๋า ไปจนถึงโทเค็นเซสชันและสำรับไพ่ที่สับแล้ว บทช่วยสอนนี้จะอธิบายวิธีการสร้างตัวเลขสุ่มใน Java การใช้งานทุกตัวเลือกในไลบรารีมาตรฐาน และวิธีการเลือกตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับงานนั้นๆ

สร้างตัวเลขสุ่มใน Java

การขอ Java ไลบรารีมาตรฐานมีวิธีการสร้างเลขสุ่มอยู่ 4 วิธีที่ใช้กันทั่วไป:

• java.util.Random เป็นคลาสอเนกประสงค์ สามารถสร้างค่าบูลีน, จำนวนเต็ม, จำนวนเต็มยาว, จำนวนทศนิยม และจำนวนทศนิยมสองเท่า ผ่านเมธอดต่างๆ เช่น nextInt, nextLongและ nextDouble.
• Math.random เป็นฟังก์ชันช่วยแบบคงที่ที่ส่งค่ากลับเป็นเลขทศนิยมระหว่าง 0.0 (รวม) และ 1.0 (ไม่รวม) โดยใช้ตัวแปรที่ใช้ร่วมกัน Random ภายใน
• ThreadLocalRandom in java.util.concurrent แต่ละเธรดจะมีตัวสร้างของตัวเอง ทำให้หลายเธรดไม่แย่งกันใช้ตัวสร้างเดียว
• SecureRandom in java.security สร้างเลขสุ่มเทียมที่มีความแข็งแกร่งทางด้านการเข้ารหัสสำหรับรหัสผ่าน ตัวระบุเซสชัน และคีย์

ส่วนด้านล่างนี้แสดงวิธีการสร้างตัวเลขสุ่มสิบตัวด้วยแต่ละวิธี

ตัวอย่าง: สร้างตัวเลขสุ่มโดยใช้ Java คลาสสุ่ม

ตัวอย่างแรกใช้ java.util.Random เพื่อสร้างจำนวนเต็มสิบจำนวนในช่วง 0 ถึง 99 รวมทั้งสองจำนวน:

import java.util.Random;

public class RandomNumbers {
    public static void main(String[] args) {
        Random objGenerator = new Random();
        for (int iCount = 0; iCount < 10; iCount++) {
            int randomNumber = objGenerator.nextInt(100);
            System.out.println("Random No : " + randomNumber);
        }
    }
}

Output:

Random No : 17
Random No : 57
Random No : 73
Random No : 48
Random No : 68
Random No : 86
Random No : 34
Random No : 97
Random No : 73
Random No : 18

ตัวอย่างของ Random ถูกสร้างขึ้นเป็น objGeneratorส่วน nextInt(int bound) เมธอดนี้จะส่งคืนค่าระหว่าง 0 (รวม 0 ด้วย) และขอบเขตที่กำหนด (ไม่รวม 0 ด้วย) ดังนั้น nextInt(100) ให้ค่าตั้งแต่ 0 ถึง 99 หากต้องการให้ลำดับนั้นสามารถสร้างซ้ำได้ ให้ส่งค่าเริ่มต้น (seed) ไปยังตัวสร้าง เช่น new Random(42)เมล็ดพันธุ์เดียวกันจะให้ลำดับเดียวกันเสมอ ซึ่งมีประโยชน์ในการทดสอบและการจำลอง

ตัวอย่าง: การใช้ Java คณิตศาสตร์สุ่ม

เพื่อสร้างค่าสุ่มสิบค่าในช่วง 0.0 ถึง 1.0 ให้เรียกใช้ฟังก์ชันคงที่ Math.random วิธีการภายใน ห่วงนี่เป็นวิธีที่เร็วที่สุดในการสร้างตัวเลขทศนิยมแบบสุ่มโดยไม่ต้องสร้างอ็อบเจ็กต์ตัวสร้าง:

public class DemoRandom {
    public static void main(String[] args) {
        for (int xCount = 0; xCount < 10; xCount++) {
            System.out.println(Math.random());
        }
    }
}

Output:

0.46518450373334297
0.14859851177803485
0.5628391820492477
0.6323378498048606
0.1740198445692248
0.9140544122258946
0.9167350036262347
0.49251219841030147
0.7426056725722353
0.2039418871298877

ภายใต้ประทุน Math.random สร้างค่าคงที่เดียว Random ในการใช้งานครั้งแรกและการโทร nextDouble บนนั้น ตัวสร้างข้อมูลร่วมตัวเดียวนั้นเหมาะสมสำหรับการสาธิต แต่จะกลายเป็นคอขวดภายใต้ภาระการทำงานแบบมัลติเธรดหนักๆ ซึ่งส่วนถัดไปจะกล่าวถึง

สร้างเลขสุ่มในช่วงที่กำหนดเอง

โปรแกรมที่ใช้งานจริงมักต้องการค่าสุ่มภายในช่วงที่กำหนด เช่น จำนวนเต็มระหว่าง 1 ถึง 6 สำหรับการทอยลูกเต๋า หรือจำนวนทศนิยมระหว่าง 10.0 ถึง 20.0 สำหรับการจำลอง โดยมีรูปแบบสองแบบที่ครอบคลุมเกือบทุกกรณี

จำนวนเต็มสุ่มระหว่างค่าต่ำสุดและค่าสูงสุด (รวมทั้งค่าต่ำสุดและค่าสูงสุด):

import java.util.Random;

public class RangeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Random rnd = new Random();
        int min = 1;
        int max = 6;
        // nextInt(max - min + 1) returns 0..(max-min), then shift by min
        int dice = rnd.nextInt(max - min + 1) + min;
        System.out.println("Dice roll : " + dice);
    }
}

สุ่มสองเท่าระหว่างค่าต่ำสุดและค่าสูงสุด:

double min = 10.0;
double max = 20.0;
double value = min + (max - min) * Math.random();
System.out.println("Value : " + value);

ทั้งสองรูปแบบทำงานโดยการดึงค่าจากช่วงค่าดั้งเดิมของตัวสร้าง ปรับขนาดให้เข้ากับความกว้างของช่วงค่าเป้าหมาย และเลื่อนขึ้นไปตามค่าต่ำสุด หากคุณกำลังใช้งานอยู่ Java สำหรับเวอร์ชัน 8 หรือใหม่กว่า จะให้ผลลัพธ์เดียวกันผ่านเวอร์ชันใหม่กว่า ints, longsและ doubles วิธีการสตรีมบน Random, ตัวอย่างเช่น rnd.ints(10, 1, 7).forEach(System.out::println) สำหรับการทอยลูกเต๋า 10 ครั้ง

ThreadLocalRandom สำหรับมัลติเธรด Code

การแบ่งปันเพียงครั้งเดียว Random ปลอดภัยต่อการใช้งานแบบมัลติเธรด แต่จะทำงานช้าลงเมื่อเกิดการแย่งชิงทรัพยากร เนื่องจากทุกเธรดต้องซิงโครไนซ์กับ seed ภายในเดียวกัน ThreadLocalRandomเพิ่มใน Java 7 และอาศัยอยู่ใน java.util.concurrentโดยแต่ละเธรดจะมีตัวสร้างของตัวเอง จึงไม่มีปัญหาการแย่งชิงล็อกเกิดขึ้น

import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;

public class ThreadLocalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // random int in [1, 100]
        int i = ThreadLocalRandom.current().nextInt(1, 101);

        // random long in [1000, 5000]
        long l = ThreadLocalRandom.current().nextLong(1000L, 5001L);

        // random double in [0.0, 1.0)
        double d = ThreadLocalRandom.current().nextDouble();

        System.out.println(i + " " + l + " " + d);
    }
}

ใช้ ThreadLocalRandom.current() ภายในเธรดการทำงาน สตรีมแบบขนาน และงานพร้อมกันใดๆ โปรดทราบว่า setSeed พ่น UnsupportedOperationExceptionดังนั้นจึงไม่รองรับการใช้ seed เพื่อการทำซ้ำ หากคุณต้องการ seed ที่คงที่ ให้ใช้ seed แบบธรรมดา Random.

SecureRandom สำหรับการสุ่มแบบคำนึงถึงความปลอดภัย Numbers

อินสแตนซ์ของ Random และ ThreadLocalRandom ไม่มีความปลอดภัยทางด้านการเข้ารหัส หากมีตัวอย่างผลลัพธ์เพียงไม่กี่ตัวอย่าง ผู้โจมตีก็สามารถสร้างสถานะภายในขึ้นใหม่และคาดเดาค่าในอนาคตได้ สำหรับรหัสผ่าน โทเค็นเซสชัน ค่าเกลือ และคีย์การเข้ารหัส ให้ใช้ java.security.SecureRandom แต่ในทางกลับกัน มันดึงข้อมูลเริ่มต้นจากแหล่งเอนโทรปีของระบบปฏิบัติการ และสร้างค่าที่ไม่สามารถคาดเดาได้

import java.security.SecureRandom;

public class SecureDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SecureRandom secure = new SecureRandom();

        byte[] token = new byte[16];
        secure.nextBytes(token);          // 128-bit random token

        int otp = secure.nextInt(1_000_000); // 6-digit one-time code

        System.out.println("OTP : " + String.format("%06d", otp));
    }
}

SecureRandom ช้ากว่า Random เนื่องจากใช้อัลกอริทึมที่ทรงพลังกว่าและข้อมูลเริ่มต้นที่ละเอียดกว่า ควรสงวนไว้สำหรับงานด้านความปลอดภัย และใช้ตัวสร้างข้อมูลที่เร็วกว่าสำหรับเกม การจำลอง และข้อมูลทดสอบ

คำถามที่พบบ่อย