多线程下获取随机数的王者-ThreadLocalRandom

背景

前言

最近在写一些业务代码时遇到一个需要产生随机数的场景，这时自然想到 jdk 包里的 Random 类。但出于对性能的极致追求，就考虑使用 ThreadLocalRandom 类进行优化，在查看 ThreadLocalRandom 实现的过程中，又追了下 Unsafe 有部分代码，整个流程下来，学到了不少东西，也通过搜索和提问解决了很多疑惑，于是总结成本文。

Random 的性能问题

使用 Random 类时，为了避免重复创建的开销，我们一般将实例化好的 Random 对象设置为我们所使用服务对象的属性或静态属性，这在线程竞争不激烈的情况下没有问题，但在一个高并发的 web 服务内，使用同一个 Random 对象可能会导致线程阻塞。

Random 的随机原理是对一个”随机种子”进行固定的算术和位运算，得到随机结果，再使用这个结果作为下一次随机的种子。在解决线程安全问题时，Random 使用 CAS 更新下一次随机的种子，失败的线程则需要自旋重试。可以想到，如果多个线程同时使用这个对象，就肯定会有一些线程执行 CAS 连续失败，进而导致线程阻塞。

ThreadLocalRandom

jdk 的开发者自然考虑到了这个问题，在 concurrent 包内添加了 ThreadLocalRandom 类，第一次看到这个类名，我以为它是通过 ThreadLocal 实现的，进而想到恐怖的内存泄漏问题，但点进源码却没有 ThreadLocal 的影子，而是存在着大量 Unsafe 相关的代码。

我们来看一下它的核心代码：

UNSAFE.putLong(t = Thread.currentThread(), SEED, r = UNSAFE.getLong(t, SEED) + GAMMA);

翻译成更直观的 Java 代码就像：

Thread t = Thread.currentThread();
long r = UNSAFE.getLong(t, SEED) + GAMMA;
UNSAFE.putLong(t, SEED, r);

看上去非常眼熟，像我们平常往 Map 里 get/set 一样，以 Thread.currentThread() 获取到的当前对象里 key，以 SEED 随机种子作为 value。

但是以对象作为 key 是可能会造成内存泄漏的啊，由于 Thread 对象可能会大量创建，在回收时不 remove Map 里的 value 时会导致 Map 越来越大，最后内存溢出。

示例代码：

import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;public class ThreadLocalRandomDemo {public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 10; i++) {new Player().start();}}private static class Player extends Thread {@Overridepublic void run() {System.out.println(getName() + ": " + ThreadLocalRandom.current().nextInt(100));}}
}