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Java中的ThreadLocalRandom与Random性能实测_高并发场景下的基准测试

P粉602998670

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发布时间:2026-02-19 11:44:03

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来源于php中文网

原创

threadlocalrandom.nextlong() 在高并发下比 random.nextlong() 快 2–5 倍,因无锁;单线程下 random 略快,因 threadlocalrandom 有线程局部查找开销;不可静态缓存实例,须每次调用 current() 或方法内缓存。

java中的threadlocalrandom与random性能实测_高并发场景下的基准测试

ThreadLocalRandom.nextLong() 比 Random.nextLong() 快多少?

在高并发循环中,ThreadLocalRandom 通常比 Random 快 2–5 倍,但这个差距只在竞争激烈时明显。单线程下两者几乎没差别,甚至 Random 略快——因为 ThreadLocalRandom 多了一层线程局部变量查找开销。

实操建议:

  • 用 JMH 做基准测试时,必须开启多线程模式(如 @Fork(threads = 4)),否则测不出真实优势
  • 避免在循环内反复调用 ThreadLocalRandom.current():它不轻量,应缓存引用
  • Random 在多线程下会因 AtomicLong.compareAndSet 自旋争抢 seed,而 ThreadLocalRandom 每个线程独享 seed,无锁

为什么不能把 ThreadLocalRandom 当成全局单例用?

ThreadLocalRandom 不是线程安全的“工具类”,而是靠 ThreadLocal 绑定到当前线程的实例。直接声明 static final ThreadLocalRandom INSTANCE = ThreadLocalRandom.current() 是错的——它只会绑定到初始化时的那个线程,其他线程调用会触发 NullPointerException 或未定义行为。

常见错误现象:

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  • 应用启动后前几秒正常,之后大量 NullPointerException,堆栈指向 ThreadLocalRandom.nextLong
  • 在 Tomcat 或 Netty 的 worker 线程池中,随机数生成突然卡死或返回固定值

正确做法:

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  • 每次需要时调用 ThreadLocalRandom.current()(JDK 8+ 已优化为廉价操作)
  • 若频繁使用,可在方法入口缓存: ThreadLocalRandom r = ThreadLocalRandom.current();
  • 绝不保存 ThreadLocalRandom 实例到静态字段、Spring Bean 或连接池对象中

nextDouble(0, 1) 和 nextDouble() 有性能差异吗?

有,而且不小。nextDouble()(无参)直接返回 [0.0, 1.0) 内的 double,底层用位运算拼接;而 nextDouble(double origin, double bound) 需要做范围校验、差值计算和浮点缩放,多出 2–3 次浮点运算和一次条件判断。

使用场景与取舍:

  • 生成 [0, 100) 整数:用 nextInt(100),别用 (int)(nextDouble() * 100)
  • 生成 [5.0, 15.0) 浮点:优先用 nextDouble(5.0, 15.0),语义清晰且 JDK 8+ 已内联优化
  • 如果 bound 是变量(比如配置项),且该方法被高频调用,考虑预计算 bound - origin 并缓存

Random 用 SecureRandom 替代是否更安全?

不推荐,除非你真在生成密钥或令牌。SecureRandom 是密码学强度的,但代价巨大:Linux 下可能阻塞读取 /dev/random,吞吐量常低于 Random 的 1%。

容易踩的坑:

  • 在 HTTP 请求处理中用 SecureRandom 生成 session ID,结果 QPS 从 5000 掉到 200
  • 误以为“更随机=更安全”,但在非密码场景(如负载均衡选节点、模拟延迟),ThreadLocalRandom 完全够用
  • SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG") 在某些 JDK 版本下仍可能阻塞,且算法已被标记为 legacy

简单记:业务逻辑里所有“随机”需求,99% 场景用 ThreadLocalRandom;只有 generateKey()createToken() 这类明确涉及密钥/凭证的,才查文档选对 SecureRandom 算法并预热。

真正难的是识别哪些地方“看起来像要安全,其实不需要”——比如 UUID.randomUUID() 底层用的就是 SecureRandom,但如果你只是用它做日志 traceId,那其实浪费了。

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