Java 난수을 만드는 방법 (Random 라이브러리)

Overview

우리는 가끔씩 랜덤으로 어떤 수를 만들어서 로직에 사용해야되는 경우가 있다. Java에서는 어떤 방법으로 만들 수 있는지 알아봅시다.

Random

java.util.Random이라는 친구는 기본적으로 Java에서 제공해주는 라이브러리입니다. Random값을 얻을 수 있습니다.

import static org.assertj.core.api.Assertions.assertThat;

import java.util.Random;

import org.junit.jupiter.api.Test;

class RandomStudyTest {

    @Test
    void randomTest() {
        Random random = new Random();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            int randomNumber = Math.abs(random.nextInt()) % 100;
            assertThat(0 <= randomNumber && randomNumber < 100).isTrue();
        }

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            int randomNumber = random.nextInt(100);
            assertThat(0 <= randomNumber && randomNumber < 100).isTrue();
        }
    }
}

100보다 작은 수를 만드는 경우를 생각해봤을 때 2가지 방법이 있다고 말할 수 있습니다..

Random 메소드는 단일 쓰레드에서 동작하는 경우 큰 문제는 없습니다. 하지만 멀티 쓰레드 환경에서는 성능적인 문제를 만들 수 있습니다.

Random을 호출하는데 있어서 seed를 접근하는데 있어서 성능적으로 떨어지게 됩니다.

구체적인 이유는 실제 밑에 있는 것처럼 AtomicLong으로 만들어진 seed 값때문입니다. 해당 값을 접근하는데 있는데 막 접근하는게 아니고 순서를 지켜가면서 접근하기 떄문에 성능적인 문제가 있습니다. 알고리즘적으로 글로벌하게 해당 값을 접근하기 위해서 노력하고 그 과정에서 성능적으로 떨어지게 됩니다. (Random값을 얻기 위해서 기달리고 도전하는 과정이 리소스 낭비)

class Random implements java.io.Serializable {
    ...
    private final AtomicLong seed;
    ...
}

ThreadLocalRandom

ThreadLocalRandom는 ThreadLocal과 Random class가 합쳐졌고 그것으로 인해서 현재 thread에 대해서 독립적으로 동작합니다. 그러기 때문에 Random에서 발생하는 리소스 낭비가 없습니다.

그리고 Random과 다르게 seed를 설정하지 못하고 만약 seed 설정시 exception을 발생시킵니다.

ThreadLocalRandom threadLocalRandom = ThreadLocalRandom.current();

위와 같은 방법을 사용하게 되면 현재 thread에 대한 ThreadLocalRandom을 얻을 수 있습니다.

위와 같은 문제를 해결하기 위해서 JDK1.7 부터는 ThreadLocalRandom라는 class가 생겼습니다.

ThreadLocalRandom는 각 인스턴스별로 각자 seed 값을 가지고 있기 때문에 Random보다 속도적으로 빠릅니다.

Random과 ThreadLocalRandom 모두 thread-safe하지만 속도적으로는 ThreadLocalRandom이 친구가 더 좋습니다.

import static org.assertj.core.api.Assertions.assertThat;

import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;

import org.junit.jupiter.api.Test;

class RandomStudyTest {

    @Test
    void threadLocalRandomTest() {
        ThreadLocalRandom threadLocalRandom = ThreadLocalRandom.current();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            int randomNumber = Math.abs(threadLocalRandom.nextInt()) % 100;
            assertThat(0 <= randomNumber && randomNumber < 100).isTrue();
        }

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            int randomNumber = threadLocalRandom.nextInt(100);
            assertThat(0 <= randomNumber && randomNumber < 100).isTrue();
        }
    }
}

Random을 이용하는 경우와 똑같습니다.. 더 다양한 메소드를 지원하지만 기본적으로는 이렇게 사용할 수 있습니다.

마무리

우리는 항상 여러 thread를 사용해서 프로그램이 동작하는 것을 인식하는게 좋습니다. Random을 사용해도 문제는 없습니다. 하지만 혹시 Random을 많이 사용해야된다면, 혹은 작은 일이지만 Thread를 많이 사용하는 환경이라면 ThreadLocalRandom가 훨씬 좋은 선택일 수 있습니다.

Code

github

Ref

https://www.baeldung.com/java-thread-local-random

http://dveamer.github.io/backend/JavaRandom.html