前言
学习 ThreadLocalRandom 的时候遇到一些疑惑，为何使用它在多线程下会产生相同的随机数？
阅读源码后终于稍微了解了一些它的运行机制，总结出它在多线程下正确的用法，特此记录。
ThreadLocalRandom的用处
在多线程下，使用 java.util.Random 产生的实例来产生随机数是线程安全的，但深挖 Random 的实现过程，会发现多个线程会竞争同一 seed 而造成性能降低。
其原因在于：
Random 生成新的随机数需要两步：
- 根据老的
seed生成新的seed - 由新的
seed计算出新的随机数
其中，第二步的算法是固定的，如果每个线程并发地获取同样的 seed，那么得到的随机数也是一样的。为了避免这种情况，Random 使用 CAS 操作保证每次只有一个线程可以获取并更新 seed，失败的线程则需要自旋重试。
因此，在多线程下用 Random 不太合适，为了解决这个问题，出现了 ThreadLocalRandom，在多线程下，它为每个线程维护一个 seed 变量，这样就不用竞争了。
但是我在使用的时候，发现 ThreadLocalRandom 在多线程下产生了相同的随机数，这是怎么回事呢？
ThreadLocalRandom多线程下产生相同随机数
来看一下产生相同随机数的示例代码：
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
public class ThreadLocalRandomDemo {
private static final ThreadLocalRandom RANDOM =
ThreadLocalRandom.current();
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Player().start();
}
}
private static class Player extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + ": " + RANDOM.nextInt(100));
}
}
}
运行该代码，结果如下：
Thread-0: 4
Thread-1: 4
Thread-2: 4
Thread-3: 4
Thread-4: 4
Thread-5: 4
Thread-6: 4
Thread-7: 4
Thread-8: 4
Thread-9: 4
为此，我阅读了 ThreadLocalRandom 的源码，从中找到了端倪。
先是静态 current() 方法：
public static ThreadLocalRandom current() {
//如果线程第一次调用 current() 方法，执行 localInit()方法
if (UNSAFE.getInt(Thread.currentThread(), PROBE) == 0)
localInit();
return instance;
}
初始化方法 localInit()中，为线程初始化了 seed，并保存在 UNSAFE 里，这里 UNSAFE 的方法是 native 方法，我不太了解，但并不影响理解。可以把这里的操作看作是初始化了 seed，把线程和 seed 以键值对的形式保存起来。
static final void localInit() {
int p = probeGenerator.addAndGet(PROBE_INCREMENT);
int probe = (p == 0) ? 1 : p; // skip 0
long seed = mix64(seeder.getAndAdd(SEEDER_INCREMENT));
Thread t = Thread.currentThread();
UNSAFE.putLong(t, SEED, seed);
UNSAFE.putInt(t, PROBE, probe);
}
当要生成随机数的时候，调用 nextInt() 方法：
public int nextInt(int bound) {
if (bound <= 0)
throw new IllegalArgumentException(BadBound);
//第一处
int r = mix32(nextSeed());
int m = bound - 1;
if ((bound & m) == 0) // power of two
r &= m;
else { // reject over-represented candidates
for (int u = r >>> 1;
u + m - (r = u % bound) < 0;
u = mix32(nextSeed()) >>> 1)
;
}
return r;
}
这里主要关注 第一处 的 nextSeed() 方法：
final long nextSeed() {
Thread t; long r; // read and update per-thread seed
UNSAFE.putLong(t = Thread.currentThread(), SEED,
r = UNSAFE.getLong(t, SEED) + GAMMA);
return r;
}
好了，问题来了！这里返回的值是 r = UNSAFE.getLong(t, SEED) + GAMMA，是从 UNSAFE 里取出来的。但问题是，这里取出来的值对不对？或者说，能否取出来？
回到示例代码，我们在主线程调用了 TreadLocalRandom 的 current() 方法，该方法把主线程和主线程的 seed 存入了 UNSAFE。
接下来，我们在非主线程调用 nextInt()，但非主线程和 seed 的键值对之前并没有存入 UNSAFE 。但我们却从 UNSAFE 里取非主线程的 seed 值，虽然我不知道取出来的 seed 到底是什么，但肯定不是多线程下想要的结果，而这也导致了多线程下产生的随机数是重复的。
那么在多线程下如何正确地使用 ThreadLocalRandom 呢？
ThreadLocalRandom多线程下正确用法
结合上述分析，正确地使用 ThreadLocalRandom，肯定需要给每个线程初始化一个 seed，那就需要调用 ThreadLocalRandom.current() 方法。
那么有个疑问，在每个线程里都调用 ThreadLocalRandom.current()，会产生多个 ThreadLocalRandom 实例吗？
不会的，见源码：
/** The common ThreadLocalRandom */
static final ThreadLocalRandom instance = new ThreadLocalRandom();
/**
* Returns the current thread's {@code ThreadLocalRandom}.
*
* @return the current thread's {@code ThreadLocalRandom}
*/
public static ThreadLocalRandom current() {
if (UNSAFE.getInt(Thread.currentThread(), PROBE) == 0)
localInit();
return instance;
}
放心大胆地使用。
于是示例代码改动如下：
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 {
@Override
public void run() {
System.out.println(getName() + ": " + ThreadLocalRandom.current().nextInt(100));
}
}
}
运行一下，可以得到想要的结果：
Thread-0: 90
Thread-3: 77
Thread-2: 97
Thread-5: 96
Thread-4: 42
Thread-1: 3
Thread-6: 4
Thread-7: 6
Thread-8: 52
Thread-9: 39
总结一下，在多线程下使用 ThreadLocalRandom 产生随机数时，直接使用 ThreadLocalRandom.current().xxxx
参考
https://segmentfault.com/q/1010000010292276
https://blog.csdn.net/zhailuxu/article/details/79073439
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