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Java
Kapitel 3. Zahlen
Generierung von Zufallszahlen

Java:
Generierung von Zufallszahlen

Wie:

In Java kann das Generieren von Zufallszahlen mithilfe der Random-Klasse aus dem java.util-Paket oder den Klassen ThreadLocalRandom und SecureRandom für spezifische Anwendungsfälle erreicht werden. Die folgenden Beispiele veranschaulichen, wie man diese Klassen verwendet.

Verwendung der Random-Klasse

Die Random-Klasse bietet eine Möglichkeit, einfache pseudozufällige Zahlen zu generieren.

import java.util.Random;

public class RandomExample {
    public static void main(String[] args) {
        Random rand = new Random(); // Erstellt ein Random-Objekt

        int randInt = rand.nextInt(50); // Generiert eine zufällige Ganzzahl von 0 bis 49
        double randDouble = rand.nextDouble(); // Generiert eine zufällige Gleitkommazahl zwischen 0,0 und 1,0
        boolean randBoolean = rand.nextBoolean(); // Generiert ein zufälliges Boolesches
        
        System.out.println("Random Int: " + randInt);
        System.out.println("Random Double: " + randDouble);
        System.out.println("Random Boolean: " + randBoolean);
    }
}

Verwendung der ThreadLocalRandom-Klasse

Für nebenläufige Anwendungen ist ThreadLocalRandom effizienter als Random.

import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;

public class ThreadLocalRandomExample {
    public static void main(String[] args) {
        int randInt = ThreadLocalRandom.current().nextInt(1, 101); // Von 1 bis 100
        double randDouble = ThreadLocalRandom.current().nextDouble(1.0, 10.0); // Von 1,0 bis 10,0
        
        System.out.println("Random Int: " + randInt);
        System.out.println("Random Double: " + randDouble);
    }
}

Verwendung der SecureRandom-Klasse

Für kryptografische Operationen bietet SecureRandom ein höheres Maß an Sicherheit.

import java.security.SecureRandom;

public class SecureRandomExample {
    public static void main(String[] args) {
        SecureRandom secRand = new SecureRandom();
        
        byte[] bytes = new byte[20];
        secRand.nextBytes(bytes); // Füllt Bytes mit sicheren Zufallszahlen
        
        System.out.println("Sichere Zufallsbytes:");
        for (byte b : bytes) {
            System.out.printf("%02x ", b);
        }
    }
}

Tieferer Einblick

Die Erzeugung von Zufallszahlen hat sich seit den Anfängen der Informatik erheblich weiterentwickelt. Javas Random-Klasse verwendet eine lineare kongruenzielle Formel zur Generierung von pseudozufälligen Zahlen, die deterministisch und nicht für Hochsicherheitsanwendungen geeignet sind. Dies führte zur Einführung von SecureRandom, das fortgeschrittenere Algorithmen (z. B. SHA1PRNG) verwendet, um kryptografisch starke Zufallszahlen zu produzieren.

Dennoch haben Random und SecureRandom ihre Mängel, wie Leistungsverschlechterungen in mehrfädigen Umgebungen. Die Klasse ThreadLocalRandom wurde in Java 7 eingeführt, um dieses Problem zu adressieren, indem sie thread-lokale Zufallszahlengeneratoren bereitstellt und somit die Leistung in nebenläufigen Anwendungen deutlich verbessert.

Während diese Klassen die meisten Bedürfnisse abdecken, könnten Entwickler für extrem hohe Skalierungen oder spezialisierte Anforderungen zusätzliche Bibliotheken erkunden oder benutzerdefinierte Lösungen entwickeln. Es ist essenziell, den richtigen Ansatz basierend auf den Sicherheitsbedürfnissen und Leistungsanforderungen des Anwendungsfalls zu wählen.

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