關於Java隨機數

Java提供兩種類型的隨機數發生器

1.僞隨機數發生器

僞隨機數發生器採用特定的算法，將隨機數種子seed轉換成一系列的僞隨機數。僞隨機數依賴於seed的值，給定相同的seed值老是生成相同的隨機數。僞隨機數的生成過程只依賴CPU，不依賴任何外部設備，生成速度快，不會阻塞。

Java提供的僞隨機數發生器有java.util.Random類和java.util.concurrent.ThreadLocalRandom類。

Random類採用AtomicLong實現，保證多線程的線程安全性，但正如該類註釋上說明的，多線程併發獲取隨機數時性能較差。

多線程環境中可使用ThreadLocalRandom做爲隨機數發生器，ThreadLocalRandom採用了線程局部變量來改善性能，這樣就可使用long而不是AtomicLong，此外，ThreadLocalRandom還進行了字節填充，以免僞共享。

2.強隨機數發生器

強隨機數發生器依賴於操做系統底層提供的隨機事件。強隨機數生成器的初始化速度和生成速度都較慢，並且因爲須要必定的熵累積才能生成足夠強度的隨機數，因此可能會形成阻塞。熵累積一般來源於多個隨機事件源，如敲擊鍵盤的時間間隔，移動鼠標的距離與間隔，特定中斷的時間間隔等。因此，只有在須要生成加密性強的隨機數據的時候才用它。

Java提供的強隨機數發生器是java.security.SecureRandom類，該類也是一個線程安全類，使用synchronize方法保證線程安全，但jdk並無作出承諾在未來改變SecureRandom的線程安全性。所以，同Random同樣，在高併發的多線程環境中可能會有性能問題。

在linux的實現中，可使用/dev/random和/dev/urandom做爲隨機事件源。因爲/dev/random是堵塞的，在讀取隨機數的時候，當熵池值爲空的時候會堵塞影響性能，尤爲是系統大併發的生成隨機數的時候，若是在隨機數要求不高的狀況下，能夠去讀取/dev/urandom來避免阻塞，方法是經過設置參數

-Djava.security.egd=file:/dev/urandom

但這樣因爲jdk的一個bug，實際上須要這樣指定這個值

-Djava.security.egd=file:/dev/./urandom

緣由是，在 sun.security.provider.SunEntries類，seedSource先讀取系統參數java.security.egd，若是值爲空的時候，讀取java.security配置文件中的參數securerandom.source, 在一般狀況下，就是讀取參數securerandom.source，默認值是/dev/urandom。

sun.security.provider.SeedGenerator

final static String URL_DEV_RANDOM = SunEntries.URL_DEV_RANDOM;
final static String URL_DEV_URANDOM = SunEntries.URL_DEV_URANDOM;
    
if (egdSource.equals(URL_DEV_RANDOM) || egdSource.equals(URL_DEV_URANDOM)) {
    try {
        instance = new NativeSeedGenerator();
        if (debug != null) {
            debug.println("Using operating system seed generator");
        }
    } catch (IOException e) {
        if (debug != null) {
            debug.println("Failed to use operating system seed "
                          + "generator: " + e.toString());
        }
    }
} else if (egdSource.length() != 0) {
    try {
        instance = new URLSeedGenerator(egdSource);
        if (debug != null) {
            debug.println("Using URL seed generator reading from "
                          + egdSource);
        }
    } catch (IOException e) {
        if (debug != null)
            debug.println("Failed to create seed generator with "
                          + egdSource + ": " + e.toString());
    }
}

在代碼中能夠看到當配置值是file:/dev/random或者file:/dev/urandom的時候，啓用NativeSeedGenerator, 而在linux下的NativeSeedGenerator類的實現是這樣的

class NativeSeedGenerator extends SeedGenerator.URLSeedGenerator {
    NativeSeedGenerator() throws IOException {
        super();
    }
}

而URLSeedGenerator的默認構造方法是

URLSeedGenerator() throws IOException {
    this(SeedGenerator.URL_DEV_RANDOM);
}

也就是說哪怕設置了-Djava.security.egd=file:/dev/urandom，最後的結果同樣是讀取file:/dev/random，解決辦法就是使用linux的多種路徑表示法，即便用file:/dev/./urandom來繞過這個問題。