Mehrere interessante Anwendungen von Java-Zufallszahlen

Wie wir alle wissen, gehören Zufallszahlen zu den grundlegendsten Funktionen jeder Programmiersprache. Die grundlegende Methode zum Generieren von Zufallszahlen ist dieselbe: Generieren Sie eine Zufallszahl zwischen 0 und 1. Es scheint einfach, aber manchmal übersehen wir einige interessante Funktionen.

Was lernen wir aus Büchern?

Der offensichtlichste und intuitivste Weg, Zufallszahlen in Java zu generieren, besteht darin, einfach Folgendes aufzurufen:

java.lang.Math.random()

In allen anderen Sprachen ist das Generieren von Zufallszahlen wie die Verwendung von Mathe-Werkzeugklassen wie „abs“. , pow, floor, sqrt und andere mathematische Funktionen. Die meisten Menschen lernen diesen Kurs durch Bücher, Tutorials und Kurse kennen. Ein einfaches Beispiel: Eine Gleitkommazahl mit doppelter Genauigkeit kann von 0,0 bis 1,0 generiert werden. Wenn ein Entwickler dann basierend auf den obigen Informationen eine Gleitkommazahl mit doppelter Genauigkeit zwischen 0,0 und 10,0 generieren möchte, wird diese wie folgt geschrieben:

Math.random() * 10

Und eine Ganzzahl zwischen 0 und 10 generieren , wird es wie folgt geschrieben:

Math.round(Math.random() * 10)

Fortgeschritten

Entwickler können es leicht herausfinden, indem sie den Quellcode von Math.random() lesen oder einfach die Autovervollständigungsfunktion der IDE verwenden dass java.lang.Math.random() ein internes Zufallsgenerierungsobjekt verwendet – ein sehr leistungsfähiges Objekt, das eine flexible Zufallsgenerierung ermöglicht: Boolesche Werte, alle numerischen Typen, sogar Gaußsche Verteilungen. Zum Beispiel:

new java.util.Random().nextInt(10)

Es hat einen Nachteil, das heißt, es ist ein Objekt. Seine Methoden müssen über eine Instanz aufgerufen werden, was bedeutet, dass zuerst sein Konstruktor aufgerufen werden muss. Wenn genügend Speicher vorhanden ist, ist der obige Ausdruck akzeptabel. Wenn jedoch nicht genügend Speicher vorhanden ist, führt dies zu Problemen.

Eine einfache Lösung, um zu vermeiden, dass jedes Mal eine neue Instanz erstellt wird, wenn Sie eine Zufallszahl generieren müssen, ist die Verwendung einer statischen Klasse. Ich schätze, Sie haben vielleicht an java.lang.Math gedacht. Sehr gut. Wir haben gerade die Initialisierung von java.lang.Math verbessert. Obwohl es sich bei diesem Projekt um ein kleines Projekt handelt, sollten Sie auch einige einfache Komponententests durchführen, um sicherzustellen, dass es nicht schief geht.

Geht man davon aus, dass das Programm eine Zufallszahl zur Speicherung generieren muss, tritt das Problem erneut auf. Manchmal ist es beispielsweise erforderlich, den Seed zu bedienen oder zu schützen, eine interne Zahl, die zum Speichern des Status und zum Berechnen der nächsten Zufallszahl verwendet wird. In diesen Sonderfällen ist das Teilen zufällig generierter Objekte unangemessen.

Parallelität

Im Kontext einer Java EE-Multithread-Anwendung können zufällig generierte Instanzobjekte weiterhin in Klassen oder anderen Implementierungsklassen als statische Eigenschaft gespeichert werden. Glücklicherweise ist java.util.Random threadsicher, sodass nicht das Risiko besteht, dass mehrere Thread-Aufrufe den Seed zerstören.

Eine weitere erwägenswerte Sache ist die Multithread-Instanz java.lang.ThreadLocal. Der Lazy-Ansatz besteht darin, eine einzelne Instanz über die Java-eigene API zu implementieren. Natürlich können Sie auch sicherstellen, dass jeder Thread über ein eigenes Instanzobjekt verfügt.

Obwohl Java keine gute Möglichkeit bietet, eine einzelne Instanz von java.util.Random zu verwalten. Das lang erwartete Java 7 bietet jedoch eine neue Möglichkeit, Zufallszahlen zu generieren:

java.util.concurrent.ThreadLocalRandom.current().nextInt(10)

Diese neue API vereint die Vorteile der beiden anderen Methoden: Einzelinstanz / statischer Zugriff, wie Math.random() ist genauso flexibel. ThreadLocalRandom ist außerdem schneller als jede andere Methode zur Handhabung hoher Parallelität.

Erfahrung

Chris Marasti-Georg wies darauf hin:

Math.round(Math.random() * 10)

macht die Verteilung unausgeglichen, zum Beispiel: 0,0 – 0,499999 wird auf 0 gerundet, während 0,5 auf 1,499999 gerundet wird wird auf 0 1 gerundet. So verwenden Sie die alte Syntax, um die korrekte ausgewogene Verteilung wie folgt zu erreichen:

Math.floor(Math.random() * 11)

Wenn wir java.util.Random oder java.util.concurrent.ThreadLocalRandom verwenden, ist dies glücklicherweise nicht der Fall sich über die oben genannten Probleme Sorgen zu machen.

Das Java-Praxisprojekt stellt einige Gefahren einer falschen Verwendung der java.util.Random API vor. Diese Lektion sagt uns, dass wir nicht

Math.abs(rnd.nextInt())%n

, sondern

rnd.nextInt(n)