8种超简单的Golang生成随机字符串方式
本文分享自华为云社区《Golang生成随机字符串的八种方式与性能测试》，作者： 张俭。前言
这是**icza**在StackOverflow上的一篇高赞回答，质量很高，翻译一下，大家一起学习
问题是：go语言中，有没有什么最快最简单的方法，用来生成只包含英文字母的随机字符串
icza给出了8个方案，最简单的方法并不是最快的方法，它们各有优劣，末尾附上性能测试结果：
1. Runes
比较简单的答案，声明一个rune数组，通过随机数选取rune字符，拼接成结果
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 = 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)
}
}2. Bytes
如果随机挑选的字符只包含英文字母，我们可以直接使用bytes，因为在UTF-8编码模式下，英文字符和Bytes是一对一的（Go正是使用UTF-8模式编码）
所以可以把
var letters = []rune("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ")用这个替代
var letters = []byte("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ")或者更好
const letters = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"现在我们有很大的进展了，我们把它变为了一个常数，在go里面，只有string常数，可并没有slice常数。额外的收获，表达式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)
我们没有付出什么代码，现在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 = 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)
}
}3. Remainder 余数
上面的解决方法通过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()
相比于生成63个随机bits的函数rand.Int63()来说，Rand.Int31n()很慢。
我们可以简单地调用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 = 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)
}
}
这个算法能正常工作并且非常快，不过它牺牲了部分精确性，字母出现的概率并不是精确一样的（假设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= 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
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 = letters
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)
}
}原作者测试的数据
(译者注：第三列代表操作一次需要多少纳秒)
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 = letters
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)
}
}译者测试的数据
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 = letters
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)
}
}现在跑出来的数据，相原作者时候，已经有了一些变化，不过并不妨碍我们看出来各个方法的趋势：
[*]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%
将第八个方案和第一个方案比较，第八个方案比第一个方案快6.3倍，仅仅使用六分之一的内存，分配次数也只有原来的一半。
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