随机数生成完全指南：伪随机 vs 真随机

随机数在编程中有广泛应用。本文介绍随机数生成的原理和方法。

伪随机 vs 真随机

伪随机数（PRNG）

基于算法生成，可预测。

// 伪随机：种子相同，结果相同
Math.random(); // 0.7234...

特点：

• 速度快
• 可重复（相同种子）
• 不适合安全场景

真随机数（TRNG）

基于物理现象生成，不可预测。

硬件噪声
放射性衰变
大气噪声

特点：

• 不可预测
• 不可重复
• 适合安全场景

各语言随机数生成

JavaScript

// 伪随机
Math.random(); // 0-1 之间

// 安全随机
crypto.getRandomValues(new Uint32Array(1))[0];
crypto.randomUUID(); // UUID

Java

// 伪随机
new Random().nextInt(100);

// 安全随机
new SecureRandom().nextInt(100);

// ThreadLocalRandom（多线程）
ThreadLocalRandom.current().nextInt(100);

Python

import random
import secrets

# 伪随机
random.randint(1, 100)

# 安全随机
secrets.randbelow(100)
secrets.token_hex(16)

随机数应用场景

1. 游戏

// 骰子
const dice = Math.floor(Math.random() * 6) + 1;

// 洗牌
function shuffle(array) {
  for (let i = array.length - 1; i > 0; i--) {
    const j = Math.floor(Math.random() * (i + 1));
    [array[i], array[j]] = [array[j], array[i]];
  }
  return array;
}

2. 抽奖

function draw(winners, count) {
  const shuffled = shuffle([...winners]);
  return shuffled.slice(0, count);
}

3. 密码生成

function generatePassword(length) {
  const chars = 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789';
  const array = new Uint32Array(length);
  crypto.getRandomValues(array);
  return Array.from(array, x => chars[x % chars.length]).join('');
}

4. UUID 生成

crypto.randomUUID();
// '36b8f84d-df4e-4d49-b662-bcde71a8764f'

随机数质量测试

频率测试

检查每个数字出现的频率是否均匀。

序列测试

检查连续数字的模式是否随机。

熵值测试

计算随机数的熵值，评估随机性。

在线工具

使用 jsjson.com 随机数生成工具 生成随机数：

• 整数范围
• 小数精度
• 批量生成
• 安全随机

最佳实践

1. 安全场景使用 SecureRandom：密码、令牌、密钥
2. 游戏场景使用伪随机：性能优先
3. 测试场景使用固定种子：可重复
4. 避免自己实现随机算法：使用标准库

总结

选择随机数生成方式时，需要考虑安全性和性能的平衡。安全场景使用加密级随机数，其他场景使用伪随机数即可。