Fork/Join框架

  • Java7中引入的，用于进行并行执行任务的框架；
  • 其把大任务分割成若干个小任务，最后汇总各个小人物结果，得到大任务结果的框架，和MapReduce的思想非常类似；
  • 其实现算法是“工作窃取”，其大致思想是，把大任务拆成若干小任务，以队列为单位组织小任务，每个队列对应一个线程执行它，当有线程将自己队列中的小任务执行完成后，会去别的线程的队列中取新的任务，从而避免空闲等待，队列是双端队列，窃取的线程从队列尾窃取，被窃取的线程从队列头取任务执行；
  • 其缺点是：如果双端队列中只有1个任务，多线程相互竞争，反而增加消耗；
  • 对于Fork/Join框架而言，当一个任务正在等待它使用join操作创建的子任务结束时，执行这个任务的工作线程查找其他未被执行的任务，并开始它的执行；
  • Fork/Join框架执行的任务又一些局限性：
  • 任务只能使用fork和join操作作为同步机制，如果使用其他同步机制，当它们在同步操作时，工作线程就不能执行其他任务了；
  • 拆分的任务不应该执行IO操作，如读写文件；
  • 任务不能抛出检查异常，必须通过必要代码处理异常；
  • Fork/Join框架中2个核心类
  • ForkJoinPool：实现“工作窃取”算法，管理工作线程，提供关于任务的状态，以及它们的执行信息；
  • ForkJoinTask：提供在任务中执行fork和join操作的机制；

Fork/Join框架示例

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;

@Slf4j
public class ForkJoinTaskExample extends RecursiveTask<Integer> {

    public static final int threshold = 2;
    private int start;
    private int end;

    public ForkJoinTaskExample(int start, int end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        int sum = 0;

        //如果任务足够小就计算任务
        boolean canCompute = (end - start) <= threshold;
        if (canCompute) {
            for (int i = start; i <= end; i++) {
                sum += i;
            }
        } else {
            // 如果任务大于阈值，就分裂成两个子任务计算
            int middle = (start + end) / 2;
            ForkJoinTaskExample leftTask = new ForkJoinTaskExample(start, middle);
            ForkJoinTaskExample rightTask = new ForkJoinTaskExample(middle + 1, end);

            // 执行子任务
            leftTask.fork();
            rightTask.fork();

            // 等待任务执行结束合并其结果
            int leftResult = leftTask.join();
            int rightResult = rightTask.join();

            // 合并子任务
            sum = leftResult + rightResult;
        }
        return sum;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ForkJoinPool forkjoinPool = new ForkJoinPool();

        //生成一个计算任务，计算1+2+3+4
        ForkJoinTaskExample task = new ForkJoinTaskExample(1, 100);

        //执行一个任务
        Future<Integer> result = forkjoinPool.submit(task);

        try {
            log.info("result:{}", result.get());
        } catch (Exception e) {
            log.error("exception", e);
        }
    }
}

输出：

11:21:03.001 [main] INFO com.example.concurrency.example.aqs.FutureTaskExample - do something in main
 11:21:03.001 [Thread-0] INFO com.example.concurrency.example.aqs.FutureTaskExample - do something in callable
 11:21:08.008 [main] INFO com.example.concurrency.example.aqs.FutureTaskExample - result：Done