作者：行百里er

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提示

这里是 行百里er 的博客：行百里者半九十，凡事善始善终，吾将上下而求索！

验证码功能

实际业务中用验证码进行登录、注册等场景非常普遍，基本上现在的应用都会有这个功能，Java中已为我们提供了Math.random()以及Random类。

Math.random()：

public static double random()

返回大于或等于0.0且小于1.0的double类型的整数。返回值的选择是伪随机的，在这个范围内(近似)均匀分布。

Random类：

public class Random
extends Object
implements Serializable

//创建一个新的随机数生成器
Random() 
//使用一个long类型的种子数创建一个新的随机数生成器
Random(long seed) 

//返回从这个随机数生成器的序列中提取的在0(含)和指定值(不含)之间均匀分布的伪随机int值。
int nextInt(int bound) 

假如业务上要求我们生成一个6位数字的验证码，相信大家都能搞出来，用随机数函数，加上一些手段很容易就能构造出一个验证码。

方式1：

String code = String.valueOf(new Random().nextInt(1000000));
System.out.println("random code---------" + code);

> Task :RandomCodeTest.main()
random code---------950499

想一下这种方法有什么问题没有？

乍一看好像没什么问题，但是看我们的要求，是生成6位验证码，而new Random().nextInt(1000000)返回的是0 <= code < 1000000的随机数，也就是说有可能生成的数不够6位，样本量设置大一点验证一下：

int count = 100;
for (int i = 0; i < count; i++) {
    String code = String.valueOf(new Random().nextInt(1000000));
    System.out.println("random code---------" + code);
}

100个样本量就出现了多个错误，要是大型高并发项目，肯定会有验证码不是6位的情况，因此这种生成验证码的方式首先排除掉！

方式2：

我们已经知道Math.random()可以生成0 ~ 1之间的double类型的随机数，因此可以通过截取字符串的方式，获取验证码。

先来看一下Math.random()的结果：

> Task :RandomCodeTest.main()
Math.random()-------0.8806639430958753

从2 ~ 8 位置上截取 0.8806639430958753 字符串就能得到6位数字的验证码：

System.out.println("Math.random()-------" + (Math.random() + "").substring(2, 8));

//运行结果
Math.random()-------304719

样本量设置为100万，也能正确生成：

int count = 1000000;
int wrongNum = 0;
for (int i = 0; i < count; i++) {
    String code = (Math.random() + "").substring(2, 8);
    if (code.length() < 6) {
        wrongNum++;
    }
}
System.out.println("wrongNum-----" + wrongNum);

//运行结果
> Task :RandomCodeTest.main()
wrongNum-----0

一般情况下这种方式就够了，但是在分布式、高并发场景下，这样做的效率并不是最高的。

优化验证码的生成

为什么说上面的方式2不是最好的呢？

我们分析一下就知道，这种方式是通过先通过 + "" 变成字符串，然后截取字符串的操作完成的；而我们生成验证码只要满足6位数字就行，我要是把生成验证码的方式变成纯数字运算是不是就快一点呢？

验证一下：

int count = 10000000;
long start = System.currentTimeMillis();
//int wrongNum = 0;
for (int i = 0; i < count; i++) {
    String code = (Math.random() + "").substring(2, 8);
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("depends:" + (end - start));
//System.out.println("wrongNum-----" + wrongNum);

start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < count; i++) {
    String code = String.valueOf((int) (Math.random() * 9 + 1) * Math.pow(10, 5));
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("depends:" + (end - start));

运行结果：

count样本量1000万，可以看到，运算结果提升了好几倍！

为什么用纯数字运算优化后能提升效率？

前文说过，我是用数字运算代替字符串操作而达到优化目的的，这是因为这些数字都是在JVM栈上进行操作，而String类对象在堆里。

JVM栈和堆

运行Java程序时，JVM自己管理着一块内存区域-运行时数据区，运行时数据区根据用途可分为：

• JVM栈（栈区）
• 本地方法栈
• Java堆（堆区）
• 方法区
• 程序计数器

其中JVM栈，栈区或者栈内存，主要是存储Java方法执行时的局部变量-以栈帧的形式存储，包括基本数据类型、对象的引用都在栈区，方法执行结束后释放。

栈帧是每个线程锁私有的，线程执行完了，占内存就释放了。一个Java方法被调用了，就会有栈帧压入虚拟机栈，当方法执行完毕，出栈。

而堆内存，是垃圾收集器管理的主要区域，该内存区域主要存放Java的对象实例，JVM只有一个堆区，它是线程中共享的。堆中不存放基本数据类型和对象引用，只存放对象本身和数组本身。

基于以上分析，可以得出结论：处于栈区的数据操作比在堆区中的快，因为栈区的东西用完了栈空间立刻就被回收了，而堆空间则需要等待GC回收。

小结

• 能用纯数据运算解决问题的尽量不要用字符串
• 因为基本数据类型存在于栈区，字符串常量池存在于堆区
• 栈的存取速度比堆快
• 平常工作中注意细节，你的一次优化有可能带来程序上成倍效率的提升

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