Java中并行执行任务的框架Fork/Join

绝地灬酷狼 2022-05-13 04:28 251阅读 0赞

Fork/Join框架是Java7提供的一个用于并行执行任务的框架，是一个把大任务分割成若干小任务，最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。Fork就是把一个大任务切分为若干子任务并行的执行，Join就是合并这些子任务的执行结果，最后得到这个大任务的结果。Fork/Join的运行流程如下：

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Fork/Join计算框架的核心是ForkJoinPool这个类，它继承自AbstractExecutorService，实现了工作窃取算法：

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工作窃取（work-stealing）算法是指某个线程从其他队列里窃取任务来执行。假如我们需要做一个比较大的任务，可以把这个任务分割为若干互不依赖的子任务，为了减少线程间的竞争，把这些子任务分别放到不同的队列里，并为每个队列创建一个单独的线程来执行队列里的任务，线程和队列一一对应。但是，有的线程会先把自己队列里的任务干完，而其他线程对应的队列里还有任务等待处理。干完活的线程与其等着，不如去帮其他线程干活，于是它就去其他线程的队列里窃取一个任务来执行。而在这时它们会访问同一个队列，所以为了减少窃取任务线程和被窃取任务线程之间的竞争，通常会使用双端队列，被窃取任务线程永远从双端队列的头部拿任务执行，而窃取任务的线程永远从双端队列的尾部拿任务执行。

Fork/Join框架可以概括为两个步骤来执行任务：

1、分割任务。首先我们需要有一个fork类来把大任务分割成子任务，有可能子任务还是很大，所以还需要不停地分割，直到分割出的子任务足够小。

2、执行任务并合并结果。分割的子任务分别放在双端队列里，然后几个启动线程分别从双端队列里获取任务执行。子任务执行完的结果都统一放在一个队列里，启动一个线程从队列里拿数据，然后合并这些数据。

以上两个步骤主要是通过ForkJoinTask和ForkJoinPool这两个类来完成的：

ForkJoinTask：我们要使用Fork/Join框架，必须首先创建一个Fork/Join任务。它提供在任务中执行fork()和join()操作的机制。通常情况下，我们不需要直接继承ForkJoinTask类，只需要继承它的子类，Fork/Join框架提供了以下两个子类,RecursiveAction：用于没有返回结果的任务;RecursiveTask：用于有返回结果的任务。

ForkJoinPool：ForkJoinTask需要通过ForkJoinPool来执行。

对于Fork/Join框架的使用，需要创建一个任务类，继承RecursiveAction或RecursiveTask抽象类，然后实现抽象方法compute()。

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可以看出，一个有返回值，一个没有返回值。

关于Fork/Join框架的实现原理，最主要是ForkJoinTask的fork方法和join方法的实现原理。当我们调用ForkJoinTask的fork方法时，程序会调用ForkJoinWorkerThread工作队列的push方法异步地执行这个任务，然后立即返回结果。

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push方法把当前任务存放在ForkJoinTask数组队列里。然后再调用ForkJoinPool的signalWork()方法唤醒或创建一个工作线程来执行任务。

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ForkJoinTask的join方法的主要作用是阻塞当前线程并等待获取结果。

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这些都了解一下就好了，要想熟悉这个并发执行任务的框架，还需要在项目中各种场景多多运用，灵活运用。

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