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8种超简单的Golang生成随机字符串方式
8种超简单的Golang生成随机字符串方式
9月前
作者：华为云开发者联盟-张俭
链接：https://my.oschina.net/u/4526289/blog/10676267
前言
1. Runes
package approach1
import (
"fmt"
"math/rand"
"testing"
"time"
)
var letters = []rune("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ")
func randStr(n int) string {
b := make([]rune, n)
for i := range b {
b[i] = letters[rand.Intn(len(letters))]
}
return string(b)
}
func TestApproach1(t *testing.T) {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
fmt.Println(randStr(10))
}
func BenchmarkApproach1(b *testing.B) {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
for i := 0; i < b.N; i++ {
_ = randStr(10)
}
}
var letters = []rune("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ")
用这个替代
var letters = []byte("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ")
或者更好
const letters = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
len(letters) 也变为了一个常数（如果 s 为常数，那么 len(s) 也将是常数)letters 可以通过下标访问其中的 bytes 了，这正是我们需要的。package approach2
import (
"fmt"
"math/rand"
"testing"
"time"
)
const letters = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
func randStr(n int) string {
b := make([]byte, n)
for i := range b {
b[i] = letters[rand.Intn(len(letters))]
}
return string(b)
}
func TestApproach2(t *testing.T) {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
fmt.Println(randStr(10))
}
func BenchmarkApproach2(b *testing.B) {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
for i := 0; i < b.N; i++ {
_ = randStr(10)
}
}
rand.Intn() 来获得一个随机字母，这个方法底层调用了 Rand.Intn()，然后调用了 Rand.Int31n()rand.Int63() 来说，Rand.Int31n() 很慢。rand.Int63() 然后除以 len(letterBytes)，使用它的余数来生成字母package approach3
import (
"fmt"
"math/rand"
"testing"
"time"
)
const letters = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
func randStr(n int) string {
b := make([]byte, n)
for i := range b {
b[i] = letters[rand.Int63() % int64(len(letters))]
}
return string(b)
}
func TestApproach3(t *testing.T) {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
fmt.Println(randStr(10))
}
func BenchmarkApproach3(b *testing.B) {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
for i := 0; i < b.N; i++ {
_ = randStr(10)
}
}
rand.Int63() 生成 63 比特的数字是等概率的）。由于字母总共才 52 个，远小于 1<<63 - 1，因此失真非常小，因此实际上这完全没问题。6/32，2、3、4 出现的概率是 5/32。现在接近了一些了，是吧？不断地增加比特位，这个差距就会变得越小，当你有 63 位地时候，这差别已经可忽略不计。4. Masking 掩码
rand.Int63() 的最后 6 位。并且，为了保持所有字符的均匀分布，我们决定只接受在 0..len(letterBytes)-1 的数字即 0~51。（译者注：这里已经没有第三个方案的不准确问题了）len(letterBytes) 的概率一般小于 0.5（平均值为 0.25），这意味着出现这种情况，只要重试就好。重试 n 次之后，我们仍然需要丢弃这个数字的概率远小于 0.5 的 n 次方（这是上界了，实际会低于这个值）。以本文的 52 个字母为例，最低 6 位需要丢弃的概率只有 (64-52)/64=0.19。这意味着，重复 10 次，仍然没有数字的概率是 1*10^-8。package approach4
import (
"fmt"
"math/rand"
"testing"
"time"
)
const letters = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
const (
// 6 bits to represent a letters index
letterIdBits = 6
// All 1-bits as many as letterIdBits
letterIdMask = 1 <<letterIdBits - 1
)
func randStr(n int) string {
b := make([]byte, n)
for i := range b {
if idx := int(rand.Int63() & letterIdMask); idx < len(letters) {
b[i] = letters[idx]
i++
}
}
return string(b)
}
func TestApproach4(t *testing.T) {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
fmt.Println(randStr(10))
}
func BenchmarkApproach4(b *testing.B) {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
for i := 0; i < b.N; i++ {
_ = randStr(10)
}
}
rand.Int63() 方法返回的 64 个随机字节的后 6 位。这实在是太浪费了，因为 rand.Int63() 是我们算法中最耗时的部分了。63/6=10 次。rand.Int63() 方法返回的内容，使用 10 次，不过已经并不是协程安全的了。package approach5
import (
"fmt"
"math/rand"
"testing"
"time"
)
const letters = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
const (
// 6 bits to represent a letter index
letterIdBits = 6
// All 1-bits as many as letterIdBits
letterIdMask = 1<<letterIdBits - 1
letterIdMax = 63 / letterIdBits
)
func randStr(n int) string {
b := make([]byte, n)
// A rand.Int63() generates 63 random bits, enough for letterIdMax letters!
for i, cache, remain := n-1, rand.Int63(), letterIdMax; i >= 0; {
if remain == 0 {
cache, remain = rand.Int63(), letterIdMax
}
if idx := int(cache & letterIdMask); idx < len(letters) {
b[i] = letters[idx]
i--
}
cache >>= letterIdBits
remain--
}
return string(b)
}
func TestApproach5(t *testing.T) {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
fmt.Println(randStr(10))
}
func BenchmarkApproach5(b *testing.B) {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
for i := 0; i < b.N; i++ {
_ = randStr(10)
}
}
crypto/rand 的包提供了 Read(b []byte) 的函数，可以通过这个函数获得需要的随机比特数，只需要一次调用。不过并不能提升性能，因为 crypto/rand 实现了一个密码学上的安全伪随机数，所以速度比较慢。math/rand 包，rand.Rand 使用 rand.Source 作为随机位的来源，rand.Source 是一个声明了 Int63() int64 的接口：正是我们在最新解决方案中需要和使用的唯一方法。rand.Rand，rand.Source 包对于我们来说已经足够了package approach6
import (
"fmt"
"math/rand"
"testing"
"time"
)
const letters = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
var src = rand.NewSource(time.Now().UnixNano())
const (
// 6 bits to represent a letter index
letterIdBits = 6
// All 1-bits as many as letterIdBits
letterIdMask = 1<<letterIdBits - 1
letterIdMax = 63 / letterIdBits
)
func randStr(n int) string {
b := make([]byte, n)
// A rand.Int63() generates 63 random bits, enough for letterIdMax letters!
for i, cache, remain := n-1, src.Int63(), letterIdMax; i >= 0; {
if remain == 0 {
cache, remain = src.Int63(), letterIdMax
}
if idx := int(cache & letterIdMask); idx < len(letters) {
b[i] = letters[idx]
i--
}
cache >>= letterIdBits
remain--
}
return string(b)
}
func TestApproach6(t *testing.T) {
fmt.Println(randStr(10))
}
func BenchmarkApproach6(b *testing.B) {
for i := 0; i < b.N; i++ {
_ = randStr(10)
}
}
rand.Sourcemath/rand 的文档指出默认的Source是协程安全的
rand.NewSource() 创建出来的 Source 要慢。不用处理协程并发场景，当然慢啦。7. 使用 strings.Builder
[]byte 来构造内容，正是我们现在在做的，最后可以通过 Builder.String() 方法来获得最终的字符串值。但它很酷的地方在于，它无需执行刚才谈到的复制即可完成此操作。它敢这么做是因为它底层构造的 []byte 从未暴露出来，所以仍然可以保证没有人可以无意地、恶意地来修改已经生成的不可变字符串。package approach7
import (
"fmt"
"math/rand"
"strings"
"testing"
"time"
)
const letters = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
var src = rand.NewSource(time.Now().UnixNano())
const (
// 6 bits to represent a letter index
letterIdBits = 6
// All 1-bits as many as letterIdBits
letterIdMask = 1<<letterIdBits - 1
letterIdMax = 63 / letterIdBits
)
func randStr(n int) string {
sb := strings.Builder{}
sb.Grow(n)
// A rand.Int63() generates 63 random bits, enough for letterIdMax letters!
for i, cache, remain := n-1, src.Int63(), letterIdMax; i >= 0; {
if remain == 0 {
cache, remain = src.Int63(), letterIdMax
}
if idx := int(cache & letterIdMask); idx < len(letters) {
sb.WriteByte(letters[idx])
i--
}
cache >>= letterIdBits
remain--
}
return sb.String()
}
func TestApproach7(t *testing.T) {
fmt.Println(randStr(10))
}
func BenchmarkApproach7(b *testing.B) {
for i := 0; i < b.N; i++ {
_ = randStr(10)
}
}
Builder.Grow() 方法，使得它分配一个足够大的底层 slice, 避免在后续操作中再进行分配8. “Mimicing” strings.Builder with package unsafe
[]byte 来构建字符串。切换到 strings.Builder 可能有一些太重了，我们使用 strings.Builder 只是想避免拷贝 slice。unsafe 包来避免最终的拷贝// String returns the accumulated string.
func (b *Builder) String() string {
return *(*string)(unsafe.Pointer(&b.buf))
}
我们也可以自己完成这个流程。所以思路是我们通过 unsafe 包来返回一个字符串，来避免拷贝
package approach8
import (
"fmt"
"math/rand"
"testing"
"time"
"unsafe"
)
const letters = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
var src = rand.NewSource(time.Now().UnixNano())
const (
// 6 bits to represent a letter index
letterIdBits = 6
// All 1-bits as many as letterIdBits
letterIdMask = 1<<letterIdBits - 1
letterIdMax = 63 / letterIdBits
)
func randStr(n int) string {
b := make([]byte, n)
// A rand.Int63() generates 63 random bits, enough for letterIdMax letters!
for i, cache, remain := n-1, src.Int63(), letterIdMax; i >= 0; {
if remain == 0 {
cache, remain = src.Int63(), letterIdMax
}
if idx := int(cache & letterIdMask); idx < len(letters) {
b[i] = letters[idx]
i--
}
cache >>= letterIdBits
remain--
}
return *(*string)(unsafe.Pointer(&b))
}
func TestApproach8(t *testing.T) {
fmt.Println(randStr(10))
}
func BenchmarkApproach8(b *testing.B) {
for i := 0; i < b.N; i++ {
_ = randStr(10)
}
}
Benchmark
go test ./... -bench=. -benchmem
BenchmarkRunes-4 2000000 723 ns/op 96 B/op 2 allocs/op
BenchmarkBytes-4 3000000 550 ns/op 32 B/op 2 allocs/op
BenchmarkBytesRmndr-4 3000000 438 ns/op 32 B/op 2 allocs/op
BenchmarkBytesMask-4 3000000 534 ns/op 32 B/op 2 allocs/op
BenchmarkBytesMaskImpr-4 10000000 176 ns/op 32 B/op 2 allocs/op
BenchmarkBytesMaskImprSrc-4 10000000 139 ns/op 32 B/op 2 allocs/op
BenchmarkBytesMaskImprSrcSB-4 10000000 134 ns/op 16 B/op 1 allocs/op
BenchmarkBytesMaskImprSrcUnsafe-4 10000000 115 ns/op 16 B/op 1 allocs/op
译者测试的数据
BenchmarkApproach1-12 3849038 299.5 ns/op 64 B/op 2 allocs/op
BenchmarkApproach2-12 5545350 216.4 ns/op 32 B/op 2 allocs/op
BenchmarkApproach3-12 7003654 169.7 ns/op 32 B/op 2 allocs/op
BenchmarkApproach4-12 7164259 168.7 ns/op 32 B/op 2 allocs/op
BenchmarkApproach5-12 13205474 89.06 ns/op 32 B/op 2 allocs/op
BenchmarkApproach6-12 13665636 84.41 ns/op 32 B/op 2 allocs/op
BenchmarkApproach7-12 17213431 70.37 ns/op 16 B/op 1 allocs/op
BenchmarkApproach8-12 19756956 61.41 ns/op 16 B/op 1 allocs/op
仅仅只是把 rune 切换到 byte，就获得了性能的大幅度提升 (大于百分之 20)
使用
rand.Int63()代替rand.Intn()也获得大幅度提升 (大于百分之 20)使用 Masking 并没有提升性能，相反在原作者哪里，反而性能下降了
不过使用了一次
rand.Int63()返回的全部字符后，性能提升了 3 倍使用
rand.Source替代rand.Rand，性能提升了 21%使用
strings.Builder，我们在速度上提升了 3.5%，并且把原本 2 次的内存分配，降低到了一次！使用
unsafe包来代替strings.Builder，性能提升了 14%
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