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Java如何避免随机数重复？

在Java中，可通过以下方法避免随机数重复：，1. 使用 Collections.shuffle()打乱有序序列（如1-100），2. 使用 Set集合存储并校验重复值，3. 使用 ThreadLocalRandom或 SecureRandom配合循环检测，4. 利用数据库自增ID或UUID保证唯一性，需根据场景选择合适方案，如抽奖推荐洗牌算法，ID生成推荐UUID。

基于集合的洗牌算法（小范围高效）

原理：预生成所有可能值，随机打乱顺序后顺序取出
适用场景：有限且范围小的数据集（如1-100的抽奖） 

List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
for (int i = 1; i <= 100; i++) { // 预填充数据
    numbers.add(i);
}
Collections.shuffle(numbers); // 随机打乱
// 按序取出不重复值
for (int num : numbers) {
    System.out.println(num);
}

优点：O(n)时间复杂度，绝对不重复
缺点：内存占用高，不适用大范围（如10亿）

HashSet去重（动态生成）

原理：生成随机数后存入Set自动去重 

Set<Integer> uniqueSet = new HashSet<>();
Random rand = new Random();
while (uniqueSet.size() < 50) { // 目标50个不重复数
    int num = rand.nextInt(1000); // 范围[0,999]
    uniqueSet.add(num);
}

注意：

Java如何避免随机数重复？ 第1张

  • 集合大小接近范围上限时,性能急剧下降（碰撞概率高）
  • 需设置最大循环次数避免死循环

线性同余生成器（LCG）定制

原理：通过数学公式控制随机序列不重复 

// 自定义LCG参数 (a, c, m需符合Hull-Dobell定理)
class CustomLCG {
    private long seed;
    private final long a = 1664525, c = 1013904223, m = (long) Math.pow(2, 32);
    public CustomLCG(long seed) {
        this.seed = seed;
    }
    public int nextUnique() {
        seed = (a * seed + c) % m; // 生成下一个数
        return (int) (seed % 10000); // 限制范围
    }
}
// 使用示例
CustomLCG generator = new CustomLCG(System.currentTimeMillis());
Set<Integer> results = new HashSet<>();
while (results.size() < 1000) {
    results.add(generator.nextUnique());
}

适用场景：需要可预测序列的场景（如游戏关卡生成）
风险：参数选择不当会导致周期缩短

安全随机数（高安全性场景）

原理：用SecureRandom生成密码学强度的随机数

Java如何避免随机数重复？ 第2张

SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();
Set<Integer> secureSet = new HashSet<>();
while (secureSet.size() < 10) {
    int num = secureRandom.nextInt(100_000);
    secureSet.add(num);
}

优势：抵御预测攻击，适用于令牌、密钥生成
代价：性能比Random低10倍以上

位图法（BitMap）超大范围优化

原理：用比特位标记已生成数字，节省内存 

BitSet bitSet = new BitSet(1_000_000); // 100万范围
Random rand = new Random();
int count = 0;
while (count < 10_000) { // 目标1万个不重复数
    int num = rand.nextInt(1_000_000);
    if (!bitSet.get(num)) {
        bitSet.set(num); // 标记已使用
        count++;
    }
}

优势：内存压缩至传统数组的1/32
适用：范围大但样本稀疏的场景（如百万中取1万）

关键注意事项

  1. 性能陷阱

    HashSet去重在覆盖率>70%时碰撞率飙升，应改用洗牌或BitMap

    Java如何避免随机数重复？ 第3张

  2. 随机性质量
    • 普通Random类周期为2⁴⁸，优先用ThreadLocalRandom（Java7+）
  3. 并发场景
    • 多线程下使用SplittableRandom（Java8+）避免竞争
  4. 分布式系统

    需结合数据库唯一约束或Snowflake算法,单机随机无法保证全局唯一

方法选型建议

场景 推荐方法
小范围全量采样（<10⁶） 洗牌算法(Collections.shuffle)
大范围稀疏采样 BitMap位图法
安全敏感场景 SecureRandom + HashSet
可预测序列需求 自定义LCG

引用说明：

  • LCG参数选择参考《计算机程序设计艺术》卷2（Donald Knuth）
  • 安全随机数标准遵循NIST SP 800-90A Rev.1
  • 并发随机数生成器设计基于Java官方文档
    通过科学选择算法，可平衡性能、内存与安全性需求，实际开发中需严格测试边界条件（如范围溢出、线程竞争），避免业务逻辑破绽。
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