【JUC】十、ForkJoin

文章目录

1、分支合并框架
2、案例
3、ForkJoinTask
4、工作窃取算法
5、ForkJoinPool

一个个任务执行在一个个线程上，倘若某一个任务耗时很久，期间其他线程都无事可做，显然没有利用好多核CPU这一计算机资源，因此，出现了"分而治之"的解决方案。

在这里插入图片描述

1、分支合并框架

Fork/Join即分支合并，用处是把一个大任务拆分成多个子任务来并行处理，最后再合并子任务的结果。（since Java1.7）

Fork：把一个复杂的任务进行拆分，大事化小
Join：把拆分的子任务的结果做合并

示意图：

在这里插入图片描述

举个实际例子：
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2、案例

以下采用分支合并框架来实现1+2+…+100

在这里插入图片描述

通过继承RecursiveTask类自定义任务，泛型为result的类型：

//自定义任务类继承RecursiveTask
class MyTask extends RecursiveTask<Integer> {

    //拆分差值不超过10，来计算10以内的运算
    private static final int VALUE = 10;
    //拆分起始值
    private int begin;
    //拆分结束值
    private int end;
    //返回结果
    private int result;

    //构造中传入起始值
    public MyTask(int begin, int end) {
        this.begin = begin;
        this.end = end;
    }

    //拆分与合并
    @Override
    protected Integer compute() {
        //判断即将要相加的两个数差值是否大于10
        if (end - begin <= VALUE) {
            for (int i = begin; i <= end; i++) {
                result = result + i;
            }
        //否，则进一步拆分
        } else {
            //中间值
            int middle = (begin+end) /2;
            //左边
            MyTask task01 = new MyTask(begin, middle);
            //右边
            MyTask task02 = new MyTask(middle + 1, end);
            //调用方法拆分
            task01.fork();
            task02.fork();
            //合并结果
            result = task01.join() + task02.join();

        }
        return result;
    }
}

以上自定义Task中体现的思路就是：问题足够小的时候，直接处理，否则就继续拆分。创建forkjoinpool对象，提交任务，获取执行结果：

public class ForkJoinDemo {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //创建拆分任务对象
        MyTask myTask = new MyTask(0, 100);
        //创建分支合并池对象
        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinTask<Integer> forkJoinTask = forkJoinPool.submit(myTask);
        //获取最终合并之后的结果
        Integer result = forkJoinTask.get();
        System.out.println(result);
        //关闭池对象
        forkJoinPool.shutdown();
    }

}

结果：

3、ForkJoinTask

在这里插入图片描述
ForkJoinTask有两个子类：Recursive即递归的意思

RecursiveTask：有返回值的任务
RecursiveAction：没有返回值的任务

ForkJoinTask还实现了Future接口，即说明是一个可以异步获取结果的任务。常用方法有：

fork：分割子任务，判断当前线程是否可以转型为ForkJoinWorkerThread类型，即是不是通过ForkJoinPool线程池执行的ForkJoinTask，是就push到队列里

在这里插入图片描述

合并子任务结果：join

//调用方法拆分
task01.fork();
task02.fork();
//合并结果
result = task01.join() + task02.join();

获取任务执行结果：get，即等待任务执行完成并返回任务计算结果

【方法源码详解参考这篇】

4、工作窃取算法

先看类ForkJoinWorkerThread类，它是执行前面ForkJoinTask的线程。ForkJoin框架使用的线程维护了一个双端队列，并通过工作窃取算法（work-stealing）来提高任务执行的效率。

在这里插入图片描述

工作窃取算法，在ForkJoin框架中就是一个线程的任务队列里的活儿都干完了，就去其他线程维护的任务队列的尾部窃取一个任务来执行。用张网图示意：

在这里插入图片描述

因此：

对于线程自身维护的任务队列，线程自身执行任务的顺序是后进先出
对于窃取其他线程队列的线程，则是先进先出（从队尾窃取并执行）

如图，对于线程1，任务的出入队都在队首，而负责窃取任务的线程2，其从队尾取任务，也就是说，只有线程1的任务队列只剩最后一个任务的时候，才会抢夺一次锁。如此，就大大提高了并发任务的执行效率。

5、ForkJoinPool

FoolJoinPool是运行ForkJoinTask的线程池，同ThreadPoolExecutor一样，也实现了Executor和ExecutorService接口

在这里插入图片描述

任务提交到ForkJoinPool后，池里维护的线程来执行任务

ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
ForkJoinTask<Integer> forkJoinTask = forkJoinPool.submit(myTask);

其构造方法有四个参数：

public ForkJoinPool(int parallelism,
                        ForkJoinWorkerThreadFactory factory,
                        UncaughtExceptionHandler handler,
                        boolean asyncMode){
//.....

分别是：

parallelism：期望并发数，默认会使用Runtime.getRuntime().availableProcessors()的值，即当前计算机可用的CPU数量
factory：创建ForkJoin工作线程的工厂，默认为defaultForkJoinWorkerThreadFactory
handler：执行任务时遇到不可恢复的错误时的处理程序，默认为null
asyncMode：工作线程获取任务使用FIFO（先进先出）模式还是LIFO模式，默认为LIFO（后进先出）