Java中如何生成固定20位的随机BigInteger

你目前用的循环重试方案虽然能跑通，但存在不少可优化的问题：需要反复生成随机数、转字符串做长度校验，还存在边界参数选错导致死循环的隐患，且随机数的覆盖范围不完整。

核心实现逻辑 #

要生成严格20位的十进制BigInteger，本质是将随机数的生成范围限定在所有合法20位非负整数的区间内，无需靠循环碰运气。
20位十进制数的严格取值范围为：

• 下界（包含）：10^19，即最小的20位正整数，为1后接19个0
• 上界（包含）：10^20 - 1，即最大的20位正整数，为20个9

参考代码实现 #

public String getTokenID() {
    SecureRandom rnd = new SecureRandom();
    // 计算20位数的取值边界
    BigInteger lowerBound = BigInteger.TEN.pow(19);
    BigInteger upperBound = BigInteger.TEN.pow(20).subtract(BigInteger.ONE);
    // 计算区间总长度
    BigInteger rangeSize = upperBound.subtract(lowerBound).add(BigInteger.ONE);
    // 生成区间内的均匀随机数：先生成对应位长的随机数，取模限制在区间跨度内，再叠加下界
    BigInteger randomToken = new BigInteger(rangeSize.bitLength(), rnd)
            .mod(rangeSize)
            .add(lowerBound);
    // 结果必然是20位十进制字符串，无需额外长度校验
    return randomToken.toString();
}

方案优势 #

• 无无效循环：单次生成即可得到符合要求的结果，不会出现反复重试的性能浪费
• 边界无隐患：不像原来的方案依赖bit长度的经验值，哪怕后续调整需求要生成16位、32位的数，只要修改pow的指数即可，不会出现参数选错导致死循环的问题
• 随机覆盖完整：能覆盖所有合法的20位十进制数，不存在原来的方案中只能生成10^19 ~ 1.84*10^19区间内20位数的覆盖不全问题
• 性能更优：不需要反复将BigInteger转成字符串做长度判断，减少不必要的字符串对象分配

你之前实现的循环方案存在两个隐蔽问题：

1. 选64位bit长度生成的随机数最大仅为2^64 -1 ≈1.84*10^19，能命中的20位数只占全部合法20位数的不到20%，随机数的分布范围是不完整的；
2. 如果后续调整代码把bit长度改成63，生成的最大数为2^63 -1 ≈9.2*10^18，仅为19位，循环会永远拿不到20位的结果，直接造成死循环。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者lb-99