随机数性能对比

主题

随机数性能对比

对比方案

三种使用随机数方式，通过 JMH 进行对比：

• 使用 Random
• 使用 ThreadLocalRandom，但是缓存第一次获得的值（注意，这是错误的使用方法）
• 使用 ThreadLocalRandom，每次读取（注意，这是正确的使用方法）

JMH 测试代码

package random;

import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import org.openjdk.jmh.infra.Blackhole;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;

// 表明测试目标是吞吐量
@BenchmarkMode(Mode.Throughput)
// JVM热化配置，迭代3次，每次1s
@Warmup(iterations = 3, time = 1)
// 测量配置，迭代5次，每次3s
@Measurement(iterations = 5, time = 3)
// 执行测试时线程配置，4线程运行
@Threads(4)
// 执行测试时执行次数配置，执行3次
@Fork(3)
// 测试数据作用域，基于整个测试
@State(Scope.Benchmark)
public class RandomVsThreadLocalRandomBenchmark {
    public Random random = new Random();
    /*
     * 错误实现，这么做固定了此变量，值为创建该对象的线程对应的 ThreadLocalRandom
     */
    public ThreadLocalRandom threadLocalRandom = ThreadLocalRandom.current();


    @Benchmark
    public void random(Blackhole blackhole) {
        blackhole.consume(random.nextInt());
    }

    /**
     * 错误实现，这么做实际上是在同一个对象存在竞态
     * @param blackhole 黑洞对象
     */
    @Benchmark
    public void localVal(Blackhole blackhole) {
        blackhole.consume(threadLocalRandom.nextInt());
    }

    /**
     * 正确实现，各个线程调用自己的ThreadLocalRandom，无竞态
     * @param blackhole 黑洞对象
     */
    @Benchmark
    public void threadLocal(Blackhole blackhole) {
        blackhole.consume(ThreadLocalRandom.current().nextInt());
    }
}

测试结果

# JMH version: 1.21
# VM version: JDK 1.8.0_181, Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM, 25.181-b13
# VM invoker: /usr/java/jdk1.8.0_181-amd64/jre/bin/java
# VM options: -Dfile.encoding=UTF-8
# Warmup: 3 iterations, 1 s each
# Measurement: 5 iterations, 3 s each
# Timeout: 10 min per iteration
# Threads: 4 threads, will synchronize iterations
# Benchmark mode: Throughput, ops/time
# Benchmark: random.RandomVsThreadLocalRandomBenchmark.measureRandom
...
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
random      thrpt   15   10843296.059 ±   977932.491  ops/s
localVal    thrpt   15  315967812.728 ± 16518868.974  ops/s
threadLocal thrpt   15  470922078.096 ±  5079007.485  ops/s

解读

1. java.util.Random 很慢，毫无疑问
2. 就算不正确使用的情况下，ThreadLocalRandom 仍然比 Random 快
3. 明显可以看到，不正确使用下，ThreadLocalRandom 的波动比正确使用时高许多。（数据中 ± 后面部分即波动范围。）
4. 正确使用 ThreadLocalRandom 情况下，是使用 Random 的50倍
5. 在正式生产环境下，由于线程更多，Random 改 ThreadLocalRandom 获得的收益可能更大。因为潜在的争抢点消失了一个，阻塞的线程会减少许多。（测试中只有四个线程，不能和生产比。）
6. 这里只讨论了 Random 和 ThreadLocalRandom，不涉及 SecureRandom。