java - 并发使用 java.util.Random 的争用

Question

Oracle Java 文档说：

java.util.Random 的实例是线程安全的。但是，跨线程并发使用同一个 java.util.Random 实例可能会遇到争用，从而导致性能下降。考虑改为在多线程设计中使用 ThreadLocalRandom。

表现不佳的原因可能是什么？

Answer 1

在内部，java.util.Random 与当前种子保持一个 AtomicLong，并且每当请求新的随机数时，都会在更新种子时发生争用。

从 java.util.Random 的实现来看：

protected int next(int bits) {
    long oldseed, nextseed;
    AtomicLong seed = this.seed;
    do {
        oldseed = seed.get();
        nextseed = (oldseed * multiplier + addend) & mask;
    } while (!seed.compareAndSet(oldseed, nextseed));
    return (int)(nextseed >>> (48 - bits));
}

另一方面，ThreadLocalRandom 通过每个线程有一个种子来确保更新种子而不会面临任何争用。

Answer 2

random 类在内部状态周围持有一个同步锁，这样只有一个线程可以一次访问它——具体来说，它使用AtomicLong. 这意味着如果您尝试使用多个线程从中读取，则只有一个线程可以一次访问它，导致其他线程等待直到锁被释放。

ThreadLocalRandom可用于提供透明的每线程实例化，以确保在每线程的基础上更新内部状态，从而避免锁定。

请注意，如果正确实施，除非您运行大量线程，否则AtomicLong更新操作不应该lock xchg执行得很糟糕，因为它基本上可以在 JVM 中优化到类似于x86 上的东西。锁之外的主要计算成本可能是长乘法和旋转移位的组合。