Golang随机数——从多个方面详细阐述

一、基础知识

随机数在计算机科学中是非常重要的，可以用来实现很多功能，如游戏、密码学等。Golang中提供了伪随机数生成器（PRNG）和真随机数生成器（TRNG）两种生成随机数的方法。

伪随机数生成器（PRNG）

PRNG是一种基于算法的随机数生成器，通过使用初始种子值和确定性算法来生成一个无限序列的随机数。Golang的math/rand包提供了PRNG算法。

math/rand包中的PRNG算法实现

type Rand struct {
  // contains filtered or unexported fields
}

// initalize a new Rand object from a seed
func New(src Source) *Rand

// returns a new random int32
func (r *Rand) Int31() int32

// returns a new random int63
func (r *Rand) Int63() int64

// returns n random bytes
func (r *Rand) Read(b []byte) (n int, err error)

真随机数生成器（TRNG）

TRNG是一种基于硬件设备的随机数生成器，通过采用物理过程作为随机事件源来生成真正的随机数。Golang中可通过crypto/rand包使用TRNG算法，如下所示：

crypto/rand包中的TRNG算法实现

package main
import (
   "crypto/rand"
   "fmt"
)

func main() {
   b := make([]byte, 16)
   _, err := rand.Read(b)
   if err != nil {
      fmt.Println("error:", err)
      return
   }
   fmt.Printf("%x", b)
}

二、使用随机数的案例

1. 生成随机字符串

可以使用字符集合和随机数生成器来生成随机字符串，如下所示：

package main
import (
  "fmt"
  "math/rand"
  "time"
)

func main() {
  rand.Seed(time.Now().UnixNano())
  charSet := "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789"
  length := len(charSet)
  randString := make([]byte, 10)
  for i := range randString {
    randString[i] = charSet[rand.Intn(length)]
  }
  fmt.Println(string(randString))
}

2. 生成随机数的排序

可以使用Golang中sort包来对生成的随机数进行排序，如下所示：

package main
import (
   "fmt"
   "math/rand"
   "sort"
   "time"
)

func main() {
   rand.Seed(time.Now().UnixNano())
   nums := make([]int, 10)
   for i := 0; i < 10; i++ {
      nums[i] = rand.Intn(100)
   }
   fmt.Println("Before sort: ", nums)
   sort.Ints(nums)
   fmt.Println("After sort: ", nums)
}

三、随机数的注意事项

1. 种子的设置

在使用PRNG算法时，种子的设置非常重要，如果不同的种子生成相同的随机数序列，则会导致安全问题。可以通过使用当前时间或者其他随机事件来设置种子值，如下所示：

package main
import (
   "fmt"
   "math/rand"
   "time"
)

func main() {
   rand.Seed(time.Now().UnixNano())
   fmt.Println(rand.Intn(100))
}

2. TRNG算法的使用

TRNG算法的安全性更加高，但是其生成速度较慢。在使用TRNG算法时，可以考虑使用缓存机制来减少其使用的次数，如下所示：

package main
import (
   "crypto/rand"
   "fmt"
)

var tokenCache []byte

func getToken() []byte {
   if len(tokenCache) == 0 {
      b := make([]byte, 16)
      _, err := rand.Read(b)
      if err != nil {
         panic(err)
      }
      tokenCache = b
   }
   return tokenCache
}

func main() {
   fmt.Printf("%x", getToken())
}

四、总结

本文详细阐述了Golang中随机数的基础知识、应用案例以及注意事项。在使用随机数时，需要特别注意种子的设置，以及选择合适的算法来保证安全性和性能。