Java函数库中的Random函数如何生成随机数？

在Java中，Random是一个伪随机数生成器类。伪随机数生成器就是通过一种算法来生成一组看似随机的数字序列，而这组序列是可以重复的。因此，Random生成的随机数并不是真正的随机数，但在实际应用中已经足够满足需求。

Random类提供了多种生成不同类型随机数的方法，其中最常用的方法是nextDouble()和nextInt()。下面我们将分别介绍这两种方法的工作原理。

1. nextDouble()方法

在nextDouble()方法中，Random类将调用下面的方法来生成一个随机的double类型的数值：

protected int next(int bits) {
     seed = (seed * 0x5DEECE66DL + 0xBL) & ((1L << 48) - 1);
     return (int)(seed >>> (48 - bits));
}

该方法中的seed是一个long整型数值，它的值是由Random类的构造函数随机生成的。每次调用next()方法时，seed都会被改变，因此生成的随机数是不同的。

next()方法的作用是通过数学运算改变seed的值，并返回一个int类型的值，该值的范围是0到2的bits次方减1。如果bits为16，则返回的值的范围是0到65535。根据位运算的原理，从seed中取得的值的前48位可以通过右移运算得到一个int类型的随机数，该随机数的范围是0到2的48次方减1。

由于double类型的数值取值范围很大，因此调用nextDouble()方法时，Random会先生成两个int类型的随机数，然后将它们拼接成一个64位的long类型数值。此后，再将该数值转换成0到1之间的double型随机数，如下所示：

public double nextDouble() {
       return (((long)next(26) << 27) + next(27))
    / (double)(1L << 53);
}

该方法中的next(26)和next(27)分别提供了两个26位和27位的随机数，其中27位的随机数通过位运算处理。最后，将64位的数值除以一个大于0，小于1的double型的数值1L << 53，得到一个0到1的double型的随机数值。

2. nextInt()方法

nextInt()方法生成int类型的随机数与nextDouble()方法生成double类型的随机数的实现原理类似。在nextInt()方法中，Random会先生成一个64位的long类型的随机数，然后使用移位运算将其转换成一个0到2的31次方减1的随机数。

public int nextInt() {
    return next(32);
}

public int nextInt(int bound) {
    if (bound <= 0)
        throw new IllegalArgumentException("Bound must be positive");

    if ((bound & -bound) == 
        // i.e., bound is a power of 2
    return (int)((bound * (long)next(31)) >> 31);
}

当使用nextInt(int bound)时，Random会先判断bound是否是2的n次幂。如果是2的n次幂，Random会调用next(31)方法，生成一个31位的随机数，然后使用移位运算将其转化为0到bound-1的随机数。如果bound不是2的n次幂，则会调用一个循环结构，每次调用next(31)方法生成一个31位的随机数，直到生成的数值小于bound-1为止，然后返回该数值作为随机数。

总的来说，Java的Random函数库是通过算法来生成的“伪随机数”，而非真正的随机数。由于其种子值是不稳定的，所以可以通过某种算法得到一些看起来随机的数字序列。但在实际应用中，它已经可以满足大多数应用程序的需求了。