C#生成随机数的三种方法

C#⽣成随机数的三种⽅法随机数的定义为:产⽣的所有数字毫⽆关系.
在实际应⽤中很多地⽅会⽤到随机数,⽐如需要⽣成唯⼀的订单号.
在C#中获取随机数有三种⽅法:
⼀.Random 类
Random类默认的⽆参构造函数可以根据当前系统时钟为种⼦,进⾏⼀系列算法得出要求范围内的伪随机数.
1 2Random rd = new Random(); int i = rd.Next();
这种随机数可以达到⼀些要求较低的⽬标,但是如果在⾼并发的情况下,Random类所取到的系统时钟种⼦接近甚⾄完全⼀样,就很有可能出现重复,这⾥⽤循环来举例
1 2 3 4 5for(int i = 0; i < 10; i++)
{
Random rd = new Random(); //⽆参即为使⽤系统时钟为种⼦ Console.WriteLine(rd.Next().ToString());
}
这个例⼦会输出10个相同的"随机数".
突显出的问题:因为Random进⾏伪随机数的算法是固定的,所以根据同⼀个种⼦计算出的数字必然是⼀样的.⽽以当代计算机的运⾏速度,该循环⼏乎是在瞬间完成的,种⼦⼀致,所以
会出现10次循环输出同⼀随机数的情况.
有的时候使⽤random⽣成随机数的时候往往不是随机的这是为什么呢？
随机数⽣成⽅法可以说是任何编程语⾔必备的功能，它的重要性不⾔⽽⾔，在C#中我们通常使⽤Random类⽣成随机数，在⼀些场景下，我却发现
Random⽣成的随机数并不可靠，在下⾯的例⼦中我们通过循环随机⽣成5个随机数：
for (int i = 0; i < 5; i++) { Random random = new Random(); Console.WriteLine(random.Next()); }
这段代码执⾏后的结果如下所⽰：
2140400647 2140400647 2140400647 2140400647 2140400647
通过以上结果可知，随机数类⽣成了5个相同的数，这并⾮我们的预期，为什么呢？为了弄清楚这个问题，零度剖析了微软官⽅的开源Random类，
发现在C#中⽣成随机数使⽤的算法是线性同余法，经百科⽽知，这种算法⽣成的不是绝对随机，⽽是⼀种伪随机数，线性同余法算法的的公式是：
第N+1个数 = ( 第N个数 * A + B) % M
上⾯的公式中A、B和M分别为常数，是⽣成随机数的因⼦，如果之前从未通过同⼀个Random对象⽣成过随机数（也就是调⽤过Next⽅法），那么第
N个随机数为将被指定为⼀个默认的常数，这个常数在创建⼀个Random类时被默认值指定，Random也提供⼀个构造函数允许开发者使⽤⾃⼰的随
机数因⼦，这⼀切可通过微软官⽅开源代码看到：
public Random() : this(Environment.TickCount) { } public Random(int Seed) { }
通过默认构造函数创建Random类时，⼀个Environment.TickCount对象作为因⼦被默认传递给第⼆个构造函数，Environment.TickCount表⽰操作系
统启动后经过的毫秒数，计算机的运算运算速度远⽐毫秒要快得多，这导致⼀个的具有毫秒精度的因⼦参与随机数的⽣成过程，但在5次循环中，我
们使⽤了同⼀个毫秒级的因⼦，从⽽⽣成相同的随机数，另外，第N+1个数的⽣成与第N个数有着直接的关系。

在上⾯的例⼦中，假设系统启动以来的毫秒数为888毫秒，执⾏5次循环⽤时只有0.1毫秒，这导致在循环中创建的5个Random对象都使⽤了相同的
888因⼦，每次被创建的随机对象⼜使⽤了相同的第N个数（默认为常数），通过这样的假设我们不难看出，上⾯的结果是必然的。

现在我们改变这个格局，在循环之外创建⼀个Random对象，在每次循环中引⽤它，并通过它⽣成随机数，并在同⼀个对象上多次调⽤Next⽅法，从
⽽不断变化第N个数，代码如下所⽰：
Random random = new Random(); for (int i = 0; i < 5; i++) { Console.WriteLine(random.Next()); }
执⾏后的结果如下所⽰：
391098894 1791722821 1488616582 1970032058 201874423
我们看到这个结果确实证实了我们上⾯的推断，第1次循环时公式中的第N个数为默认常数；当第⼆次循环时，第N个数为391098894，随后不断变化
的第N个数作为因⼦参与计算，这保证了结果的随机性。

虽然通过我们的随机数看起来也很随机了，但必定这个算法是伪随机数，当第N个数和因⼦都相同时，⽣成的随机数仍然是重复的随机数，由于
Random提供⼀个带参的构造函数允许我们传⼊⼀个因⼦，如果传⼊的因⼦随机性强的话，那么⽣成的随机数也会⽐较可靠，为了提供⼀个可靠点的
因⼦，我们通常使⽤GUID产⽣填充因⼦，同样放在循环中测试：
for (int i = 0; i < 5; i++) { byte[] buffer = Guid.NewGuid().ToByteArray(); int iSeed = BitConverter.ToInt32(buffer, 0); Random random = new Random(iSeed); Co 这样的⽅式保证了填充因⼦的随机性，所以⽣成的随机数也⽐较可靠，运⾏结果如下所⽰：
734397360 1712793171 1984332878 819811856 1015979983
在⼀些场景下这样的随机数并不可靠，为了⽣成更加可靠的随机数，微软在System.Security.Cryptography命名空间下提供⼀个名为RNGCryptoServiceProvider的类，它采⽤系统当前的硬件信息、进程信息、线程信息、系统启动时间和当前精确时间作为填充因⼦，通过更好的算
法⽣成⾼质量的随机数，它的使⽤⽅法如下所⽰：
byte[] randomBytes = new byte[4]; RNGCryptoServiceProvider rngServiceProvider = new RNGCryptoServiceProvider(); rngServiceProvider.GetBytes(randomBytes); I
通过这种算法⽣成的随机数，经过成千上万次的测试，并未发现重复，质量的确⽐Random⾼了很多。

另外windows api也提供了⼀个⾮托管的随机
数⽣成函数CryptGenRandom，CryptGenRandom与RNGCryptoServiceProvider的原理类似，采⽤C++编写，如果要在.NET中使⽤，需要进⾏简单
的封装。

它的原型如下所⽰：
BOOL WINAPI CryptGenRandom( _In_ HCRYPTPROV hProv, _In_ DWORD dwLen, _Inout_ BYTE *pbBuffer );
以上就是零度为您带来的随机数⽣成⽅法和基本原理，您可以通过需求和场景选择最佳的⽅式，Random算法简单，性能较⾼，适⽤于随机性要求不
⾼的情况，由于RNGCryptoServiceProvider在⽣成期间需要查询上⾯提到的⼏种系统因⼦，所以性能稍弱于Random类，但随机数质量⾼，可靠性
更好。

⼆.Guid 类
System.Guid
GUID (Globally Unique Identifier) 全球唯⼀标识符
GUID的计算使⽤到了很多在本机可取到的数字,如硬件的ID码,当前时间等.所计算出的128位整数(16字节)可以接近唯⼀的输出. 1Console.WriteLine(Guid.NewGuid().ToString());
计算结果是xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx结构的16进制数字.当然这个格式也是可以更改的.
三.RNGCryptoServiceProvider 类
System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider
RNGCryptoServiceProvider 使⽤加密服务提供程序 (CSP) 提供的实现来实现加密随机数⽣成器 (RNG)
1 2 3 4RNGCryptoServiceProvider csp = new RNGCryptoServiceProvider(); byte[] byteCsp = new byte[10];
csp.GetBytes(byteCsp);
Console.WriteLine(BitConverter.ToString(byteCsp));
因该类使⽤更严密的算法.所以即使如下放在循环中,所计算出的随机数也是不同的.
1 2 3 4 5 6 7for(int i = 0; i < 10; i++)
{
RNGCryptoServiceProvider csp = new RNGCryptoServiceProvider(); byte[] byteCsp = new byte[10];
csp.GetBytes(byteCsp);
Console.WriteLine(BitConverter.ToString(byteCsp));
}
1但是RNGCryptoServiceProvider的计算较为繁琐,在循环中使⽤会消耗造成⼤量的系统资源开销,使⽤时需注意.
Membership.GeneratePassword()
Membership是⼀个⽅便快捷的进⾏⾓⾊权限管理的类,偶然发现⼀个很有意思的⽅法,没研究过是如何实现的1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14public static string GeneratePassword(int length, int numberOfNonAlphanumericCharacters); //
// 摘要:
// ⽣成指定长度的随机密码。

//
// 参数:
// numberOfNonAlphanumericCharacters:
// ⽣成的密码中的标点字符数。

//
// length:
// ⽣成的密码的字符数。

长度必须介于 1 和 128 个字符之间。

//
// 返回结果:
// 指定长度的随机密码。

例:
1 2 3 4for(int i = 0; i < 10; i++)
{
Response.Write(Membership.GeneratePassword(20, 1) + "<br>"); }
结果为
C!&^HoTNv3!ZHkK9BAbu azLgER)JJ-UW8q*14yz* I3qnb]Zxu16ht!kKZ!Q*
9U:MAQ&c1x)^aed@xe** oL(%4JvfbP&t5*Hpl4l-
6@zj$CnhW&D+|xOf:qIk A/!Di&l*tY$QaMH0gyzY z^wu6{1BMq7D^+WU]>f$ 1OgIJS3&09fw0F9.|aXA 8F+Gy+L{O6x{SfugME*%。