为什么对UUID.randomUUID()的初始调用很慢

Question

给定以下代码片段，该代码片段生成UUID.randomUUID()，我得到以下性能结果（以毫秒为单位）：

public static void main(String[] args) {
    long tmp = System.currentTimeMillis();
    UUID.randomUUID();
    tmp = printDiff(tmp);
    UUID.randomUUID();
    tmp = printDiff(tmp);
    UUID.randomUUID();
    tmp = printDiff(tmp);
    UUID.randomUUID();
    tmp = printDiff(tmp);
}
private static long printDiff(final long previousTimestamp) {
    long tmp = System.currentTimeMillis();
    System.out.printf("%s%n", tmp - previousTimestamp);
    return tmp;
}

结果：

971
6
0
0

JDK：1.8操作系统：视窗 7

为什么只有初始调用需要这么长时间？（近1秒！

Answer 1

SecureRandom 的初始化只完成一次：

//from the source code of randomUUID
private static class Holder {
    static final SecureRandom numberGenerator = new SecureRandom();
}

但这还不是全部。那些零真的应该跳到你的脸上。所以操作花了 0 毫秒;这是否意味着他们拿的更少？比如几纳秒，或者你做错了什么？

有一个合适的工具来测量这些东西，叫做jmh。

@BenchmarkMode({ Mode.AverageTime, Mode.SingleShotTime })
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
@Warmup(iterations = 2, time = 2, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
@Measurement(iterations = 2, time = 2, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
@State(Scope.Benchmark)
public class UUIDRandom {
    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        Options opt = new OptionsBuilder().include(UUIDRandom.class.getSimpleName()).build();
        new Runner(opt).run();
    }
    @Benchmark
    @Fork(1)
    public UUID random() {
        return UUID.randomUUID();
    }
}

输出说：

Benchmark          Mode  Cnt  Score   Error  Units
UUIDRandom.random  avgt    2  0.002          ms/op
UUIDRandom.random    ss    2  0.094          ms/op

事实上，单次拍摄时间远低于平均水平。

Answer 2

第一次

调用UUID.randomUUID()时，它必须初始化一些内部对象，这些对象也在所有后续调用中使用。

UUID.randomUUID的源代码是：

public static UUID randomUUID() {
    SecureRandom ng = Holder.numberGenerator;
    byte[] randomBytes = new byte[16];
    ng.nextBytes(randomBytes);
    randomBytes[6]  &= 0x0f;  /* clear version        */
    randomBytes[6]  |= 0x40;  /* set to version 4     */
    randomBytes[8]  &= 0x3f;  /* clear variant        */
    randomBytes[8]  |= 0x80;  /* set to IETF variant  */
    return new UUID(randomBytes);
}

在这里，Holder.numberGenerator是一个全局变量，在第一次使用时必须初始化：

private static class Holder {
    static final SecureRandom numberGenerator = new SecureRandom();
}

Answer 3

根据 Java 8 代码，创建 SecureRandom 对象似乎很昂贵。这就是为什么它们将初始化推迟到需要（也称为延迟初始化）并在后续调用中重用它的原因。

/*
 * The random number generator used by this class to create random
 * based UUIDs. In a holder class to defer initialization until needed.
 */
private static class Holder {
    static final SecureRandom numberGenerator = new SecureRandom();
}