dotnet 10 Random `GetString` 支持

Intro

.NET 8 里引入了 Random.GetItems 和 RandomNumberGenerator.GetString/RandomNumberGenerator.GetHexString.NET 8 Preview 1 中新增的 Random 方法

在 .NET 10 Preview 3 中为 Random 也引入了

GetString/GetHexString 的支持，基于 Random 的使用更为方便对于简单的使用场景也比使用 RandomNumberGenerator 的性能更好一些

New API

新引入的 API 定义如下，和 RandomNumberGenerator 方法是类似的，只是 RandomNumberGenerator 的方法是 static 的，新增的方法是 Random 中的实例方法：

namespace System;

public partial class Random
{
 // same signatures as on RandomNumberGenerator, but instance instead of static
 public string GetString(ReadOnlySpan<char> choices, int length);
 public string GetHexString(int stringLength, bool lowercase = false);
 public void GetHexString(Span<char> destination, bool lowercase = false);
}

提出 API 的一些描述如下，可以参考 api 提议的 issue：https://github.com/dotnet/runtime/issues/111956

我们为 RandomNumberGenerator 添加了 GetString 和 GetHexString 方法。Random 没有这些方法，但它们在这里同样有用。这些方法与加密安全性并没有太多特定的关系。开发人员需要通过使用 string.Create 然后调用 Random.GetItems 来填充后备空间。如果简单的重载对于 RandomNumberGenerator 是合理的，那么它们对 Random 同样适用。

Sample

使用方式和 RandomNumberGenerator 基本一致

Console.WriteLine("GetString");
var nums = "1234567890";
var randomString = Random.Shared.GetString(nums, 8);
Console.WriteLine(randomString);

Console.WriteLine("GetHexString");
var randomHexString = Random.Shared.GetHexString(16);
Console.WriteLine(randomHexString);
Console.WriteLine(Random.Shared.GetHexString(16, true));

Console.WriteLine("GetHexString Span");
Span<char> chars = stackallocchar[16];
Random.Shared.GetHexString(chars);
Console.WriteLine(chars);
Random.Shared.GetHexString(chars, true);
Console.WriteLine(chars);

如果要在之前的版本里使用，可以使用 RandomNumberGenerator 的 API 来代替

Console.WriteLine("RandomNumberGenerator");
var randString = RandomNumberGenerator.GetString(nums, 8);
Console.WriteLine(randString);
Console.WriteLine(RandomNumberGenerator.GetHexString(16));
Console.WriteLine(RandomNumberGenerator.GetHexString(16, true));
RandomNumberGenerator.GetHexString(chars);
Console.WriteLine(chars);
RandomNumberGenerator.GetHexString(chars, true);
Console.WriteLine(chars);

输出结果如下：

Benchmark

前面我们提到了性能更好，是否真的如此呢，我们可以做一个简单的 benchmark 来测试一下，benchmark 代码如下：

[ShortRunJob]
publicclassBenchmark
{
 privatestaticreadonlychar[] Chars = ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9'];

 [Benchmark(Baseline = true)]
 public string RandomGetString()
 {
 return Random.Shared.GetString(Chars, 8);
 }


 [Benchmark]
 public string RandomNumberGeneratorGetString()
 {
 return RandomNumberGenerator.GetString(Chars, 8);
 }
}

benchmark 结果如下：

benchmark result

从基准测试结果可以看出，Random 的性能更好，RandomNumberGenerator 的 GetString 方法耗时是 Random 的 1.83 倍

为什么 `RandomNumberGenerator` 比 `Random` 慢？

1. 加密强度更高
RandomNumberGenerator（例如 RandomNumberGenerator.GetBytes）基于加密算法（比如 AES 或操作系统提供的 CSPRNG）。这些算法设计目的是不可预测、不可逆、统计上随机，所以它们会消耗更多的 CPU 资源。
2. 依赖系统熵源
它通常从系统级熵源读取数据（比如 Linux 的 /dev/urandom 或 Windows 的 BCryptGenRandom），这会带来额外的 I/O 和同步开销。
3. 线程安全和隔离机制
加密用的 RNG 设计时考虑了线程安全、隔离和防止侧信道攻击，因此增加了锁、上下文校验和其他安全逻辑。
4. 不做缓存或简化
和 Random 不同，RandomNumberGenerator 每次都从头生成随机数，不复用种子，不做简化，以保证安全性。

什么时候应该使用 `RandomNumberGenerator`？

当你需要不可预测的随机数时，就应该使用它。比如：

o 生成密码、API 密钥、Token
o 为密码哈希生成盐值
o 生成加密密钥或 IV
o 生成安全的 Session ID
o 生成 nonce（一次性随机数）
o 任何预测 = 漏洞 的情况

总结：如果你的应用场景中，黑客能猜出“随机数”就会出问题，那就用 RandomNumberGenerator。

什么时候用 `Random` 更合适？

当你不关心安全，只想要速度快、用法简单时，用 Random 或 .NET 6+ 的 Random.Shared：

o 游戏机制（比如掷骰子、掉落奖励）
o 生成随机颜色或 UI 效果
o 模拟、测试或生成假数据
o 打乱顺序（非安全用途）
o 普通的概率判断逻辑

References

o https://github.com/dotnet/runtime/issues/111956
o https://github.com/dotnet/runtime/pull/112162
o https://github.com/WeihanLi/SamplesInPractice/blob/main/net10sample/Net10Samples/RandomSample.cs
o .NET 8 Preview 1 中新增的 Random 方法

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