java 如何产生随机数_不是伪随机数

在Java中，产生真随机数的方法包括使用硬件随机数生成器、外部随机数服务以及操作系统提供的随机数。下面将详细介绍一种常见的途径：使用硬件随机数生成器。

一、硬件随机数生成器

硬件随机数生成器（Hardware Random Number Generator, HRNG）利用物理现象生成随机数，通常比软件算法生成的伪随机数更具随机性。Java并不直接提供硬件随机数生成器的API，但可以通过调用操作系统的随机数设备（如Linux系统的/dev/random）来实现。

1. 使用`/dev/random`

在Unix-like系统（如Linux和macOS）上，/dev/random是一个特殊文件，它提供了接近真随机数的随机数据。我们可以通过Java的输入输出流来读取这些数据。

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class TrueRandomExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("/dev/random")) {
            byte[] randomBytes = new byte[16];
            fis.read(randomBytes);
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (byte b : randomBytes) {
                sb.append(String.format("%02x", b));
            }
            System.out.println("Random number: " + sb.toString());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2. 使用`/dev/urandom`

与/dev/random不同，/dev/urandom在熵池（entropy pool）耗尽时不会阻塞，因此访问速度更快。虽然不如/dev/random那样严格，但在大多数应用场景下依然可以提供足够的随机性。

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class TrueRandomExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("/dev/urandom")) {
            byte[] randomBytes = new byte[16];
            fis.read(randomBytes);
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (byte b : randomBytes) {
                sb.append(String.format("%02x", b));
            }
            System.out.println("Random number: " + sb.toString());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

二、外部随机数服务

另一种生成真随机数的方法是使用外部随机数服务，如Random.org，它利用大气噪声生成随机数。我们可以通过HTTP API来获取这些随机数。

1. 使用Random.org的API

首先，需要注册并获取API密钥。接着，可以使用Java的HTTP客户端来发送请求并解析响应。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.HttpURLConnection;
import java.net.URL;
public class RandomOrgExample {
    private static final String API_KEY = "YOUR_API_KEY";
    public static void main(String[] args) {
        try {
            URL url = new URL("https://api.random.org/json-rpc/2/invoke");
            HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) url.openConnection();
            conn.setRequestMethod("POST");
            conn.setRequestProperty("Content-Type", "application/json");
            String jsonInputString = "{"
                + ""jsonrpc":"2.0","
                + ""method":"generateIntegers","
                + ""params":{"
                + ""apiKey":"" + API_KEY + "","
                + ""n":1,"
                + ""min":0,"
                + ""max":100"
                + "},"
                + ""id":1"
                + "}";
            conn.setDoOutput(true);
            try (java.io.OutputStream os = conn.getOutputStream()) {
                byte[] input = jsonInputString.getBytes("utf-8");
                os.write(input, 0, input.length);
            }
            try (BufferedReader br = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(conn.getInputStream(), "utf-8"))) {
                StringBuilder response = new StringBuilder();
                String responseLine = null;
                while ((responseLine = br.readLine()) != null) {
                    response.append(responseLine.trim());
                }
                System.out.println(response.toString());
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

三、操作系统提供的随机数API

除了直接访问/dev/random或/dev/urandom，我们也可以使用操作系统提供的API来获取真随机数。例如，在Windows系统中，可以使用Cryptography API（CAPI）或Cryptography API: Next Generation (CNG)。

1. 使用JNA调用Windows API

Java本身并不提供直接调用Windows API的方法，但可以使用Java Native Access (JNA) 库来实现。

import com.sun.jna.Library;
import com.sun.jna.Native;
import com.sun.jna.ptr.IntByReference;
public class WindowsRandomExample {
    public interface Advapi32 extends Library {
        Advapi32 INSTANCE = Native.load("Advapi32", Advapi32.class);
        boolean CryptAcquireContextA(IntByReference phProv, String pszContainer, String pszProvider, int dwProvType, int dwFlags);
        boolean CryptGenRandom(int hProv, int dwLen, byte[] pbBuffer);
        boolean CryptReleaseContext(int hProv, int dwFlags);
    }
    public static void main(String[] args) {
        IntByReference hProv = new IntByReference();
        if (Advapi32.INSTANCE.CryptAcquireContextA(hProv, null, "Microsoft Base Cryptographic Provider v1.0", 1, 0)) {
            byte[] randomBytes = new byte[16];
            if (Advapi32.INSTANCE.CryptGenRandom(hProv.getValue(), randomBytes.length, randomBytes)) {
                StringBuilder sb = new StringBuilder();
                for (byte b : randomBytes) {
                    sb.append(String.format("%02x", b));
                }
                System.out.println("Random number: " + sb.toString());
            }
            Advapi32.INSTANCE.CryptReleaseContext(hProv.getValue(), 0);
        } else {
            System.err.println("Failed to acquire cryptographic context.");
        }
    }
}

四、总结

使用硬件随机数生成器、外部随机数服务和操作系统提供的随机数API都是在Java中生成真随机数的有效方法。每种方法都有其优点和局限性：

硬件随机数生成器：通常最为可靠和随机，但需要硬件支持。
外部随机数服务：易于使用，但依赖网络连接和服务的稳定性。
操作系统提供的随机数API：使用方便，但跨平台支持可能有限。

在实际应用中，选择哪种方法取决于具体需求和环境。希望本文能为您在Java中生成真随机数提供有用的参考。