Java中生成随机字母数字字符串的方法

技术背景

在Java开发中，经常会有生成随机字母数字字符串的需求，比如作为唯一的会话/密钥标识符。对于一些简单的应用场景，需要生成的字符串在一定数量（如500K+）内“大概率”保持唯一。同时，不同的应用场景对字符串的安全性、长度、字符集等方面有不同的要求。

实现步骤

方法一：自定义类实现

可以创建一个自定义类来实现随机字符串的生成，代码如下：

import java.util.Objects;
import java.util.Random;
import java.util.Locale;

public class RandomString {

    /**
     * Generate a random string.
     */
    public String nextString() {
        for (int idx = 0; idx < buf.length; ++idx)
            buf[idx] = symbols[random.nextInt(symbols.length)];
        return new String(buf);
    }

    public static final String upper = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";

    public static final String lower = upper.toLowerCase(Locale.ROOT);

    public static final String digits = "0123456789";

    public static final String alphanum = upper + lower + digits;

    private final Random random;

    private final char[] symbols;

    private final char[] buf;

    public RandomString(int length, Random random, String symbols) {
        if (length < 1) throw new IllegalArgumentException();
        if (symbols.length() < 2) throw new IllegalArgumentException();
        this.random = Objects.requireNonNull(random);
        this.symbols = symbols.toCharArray();
        this.buf = new char[length];
    }

    /**
     * Create an alphanumeric string generator.
     */
    public RandomString(int length, Random random) {
        this(length, random, alphanum);
    }

    /**
     * Create an alphanumeric strings from a secure generator.
     */
    public RandomString(int length) {
        this(length, new SecureRandom());
    }

    /**
     * Create session identifiers.
     */
    public RandomString() {
        this(21);
    }
}

使用示例：

import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
import java.security.SecureRandom;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个不安全的8字符标识符生成器
        RandomString gen = new RandomString(8, ThreadLocalRandom.current());
        System.out.println(gen.nextString());

        // 创建一个安全的会话标识符生成器
        RandomString session = new RandomString();
        System.out.println(session.nextString());

        // 创建一个易于阅读的代码生成器
        String easy = RandomString.digits + "ACEFGHJKLMNPQRUVWXYabcdefhijkprstuvwx";
        RandomString tickets = new RandomString(23, new SecureRandom(), easy);
        System.out.println(tickets.nextString());
    }
}

方法二：使用UUID类

Java的UUID类可以方便地生成随机字符串，代码如下：

import java.util.UUID;

public class randomStringGenerator {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(generateString());
    }

    public static String generateString() {
        String uuid = UUID.randomUUID().toString();
        return "uuid = " + uuid.replace("-", "");
    }
}

方法三：简单字符拼接实现

import java.security.SecureRandom;

public class RandomStringSimple {
    static final String AB = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
    static SecureRandom rnd = new SecureRandom();

    public static String randomString(int len) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder(len);
        for (int i = 0; i < len; i++)
            sb.append(AB.charAt(rnd.nextInt(AB.length())));
        return sb.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(randomString(12));
    }
}

核心代码

自定义类实现核心代码

for (int idx = 0; idx < buf.length; ++idx)
    buf[idx] = symbols[random.nextInt(symbols.length)];
return new String(buf);

UUID类实现核心代码

String uuid = UUID.randomUUID().toString();
return uuid.replace("-", "");

简单字符拼接实现核心代码

StringBuilder sb = new StringBuilder(len);
for (int i = 0; i < len; i++)
    sb.append(AB.charAt(rnd.nextInt(AB.length())));
return sb.toString();

最佳实践

• 安全性：如果生成的字符串用于安全敏感场景，如会话标识符，建议使用SecureRandom类来保证随机性和安全性。
• 长度选择：根据具体需求选择合适的字符串长度，考虑“生日悖论”，确保在预期的生成数量内碰撞概率足够低。
• 字符集选择：根据应用场景选择合适的字符集，避免使用可能引起编码问题的字符。

常见问题

• 碰撞问题：当生成的字符串数量较多时，可能会出现碰撞（即生成相同的字符串）。可以通过增加字符串长度或使用更大的字符集来降低碰撞概率。
• 性能问题：SecureRandom类的初始化和使用可能会带来一定的性能开销，尤其是在需要大量生成随机字符串的场景下。可以考虑缓存SecureRandom实例以提高性能。
• URL安全问题：如果生成的字符串将用于URL中，需要确保字符集不包含可能导致URL编码问题的字符，或者使用URL安全的编码方式。