參考博客：https://www.infoq.cn/article/fork-join-introduction

1. 什么是 Fork/Join 框架

　　Fork/Join 框架是 Java7 提供了的一個用于并行執(zhí)行任務(wù)的框架， 是一個把大任務(wù)分割成若干個小任務(wù)，最終匯總每個小任務(wù)結(jié)果后得到大任務(wù)結(jié)果的框架。

　　我們再通過 Fork 和 Join 這兩個單詞來理解下 Fork/Join 框架，Fork 就是把一個大任務(wù)切分為若干子任務(wù)并行的執(zhí)行，Join 就是合并這些子任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果，最后得到這個大任務(wù)的結(jié)果。比如計算 1+2+。。＋10000，可以分割成 10 個子任務(wù)，每個子任務(wù)分別對 1000 個數(shù)進(jìn)行求和，最終匯總這 10 個子任務(wù)的結(jié)果。Fork/Join 的運行流程圖如下：

2. 工作竊取算法

工作竊取（work-stealing）算法是指某個線程從其他隊列里竊取任務(wù)來執(zhí)行。工作竊取的運行流程圖如下：

那么為什么需要使用工作竊取算法呢？假如我們需要做一個比較大的任務(wù)，我們可以把這個任務(wù)分割為若干互不依賴的子任務(wù)，為了減少線程間的競爭，于是把這些子任務(wù)分別放到不同的隊列里，并為每個隊列創(chuàng)建一個單獨的線程來執(zhí)行隊列里的任務(wù)，線程和隊列一一對應(yīng)，比如 A 線程負(fù)責(zé)處理 A 隊列里的任務(wù)。但是有的線程會先把自己隊列里的任務(wù)干完，而其他線程對應(yīng)的隊列里還有任務(wù)等待處理。干完活的線程與其等著，不如去幫其他線程干活，于是它就去其他線程的隊列里竊取一個任務(wù)來執(zhí)行。而在這時它們會訪問同一個隊列，所以為了減少竊取任務(wù)線程和被竊取任務(wù)線程之間的競爭，通常會使用雙端隊列，被竊取任務(wù)線程永遠(yuǎn)從雙端隊列的頭部拿任務(wù)執(zhí)行，而竊取任務(wù)的線程永遠(yuǎn)從雙端隊列的尾部拿任務(wù)執(zhí)行。

工作竊取算法的優(yōu)點是充分利用線程進(jìn)行并行計算，并減少了線程間的競爭，其缺點是在某些情況下還是存在競爭，比如雙端隊列里只有一個任務(wù)時。并且消耗了更多的系統(tǒng)資源，比如創(chuàng)建多個線程和多個雙端隊列。

3. Fork/Join 框架的介紹

我們已經(jīng)很清楚 Fork/Join 框架的需求了，那么我們可以思考一下，如果讓我們來設(shè)計一個 Fork/Join 框架，該如何設(shè)計？這個思考有助于你理解 Fork/Join 框架的設(shè)計。

第一步分割任務(wù)。首先我們需要有一個 fork 類來把大任務(wù)分割成子任務(wù)，有可能子任務(wù)還是很大，所以還需要不停的分割，直到分割出的子任務(wù)足夠小。

第二步執(zhí)行任務(wù)并合并結(jié)果。分割的子任務(wù)分別放在雙端隊列里，然后幾個啟動線程分別從雙端隊列里獲取任務(wù)執(zhí)行。子任務(wù)執(zhí)行完的結(jié)果都統(tǒng)一放在一個隊列里，啟動一個線程從隊列里拿數(shù)據(jù)，然后合并這些數(shù)據(jù)。

Fork/Join 使用兩個類來完成以上兩件事情：

• ForkJoinTask：我們要使用 ForkJoin 框架，必須首先創(chuàng)建一個 ForkJoin 任務(wù)。它提供在任務(wù)中執(zhí)行 fork() 和 join() 操作的機(jī)制，通常情況下我們不需要直接繼承 ForkJoinTask 類，而只需要繼承它的子類，Fork/Join 框架提供了以下兩個子類：ForkJoinPool ：ForkJoinTask 需要通過 ForkJoinPool 來執(zhí)行，任務(wù)分割出的子任務(wù)會添加到當(dāng)前工作線程所維護(hù)的雙端隊列中，進(jìn)入隊列的頭部。當(dāng)一個工作線程的隊列里暫時沒有任務(wù)時，它會隨機(jī)從其他工作線程的隊列的尾部獲取一個任務(wù)。
  • RecursiveAction：用于沒有返回結(jié)果的任務(wù)。
  • RecursiveTask ：用于有返回結(jié)果的任務(wù)。
• ForkJoinPool ：ForkJoinTask 需要通過 ForkJoinPool 來執(zhí)行，任務(wù)分割出的子任務(wù)會添加到當(dāng)前工作線程所維護(hù)的雙端隊列中，進(jìn)入隊列的頭部。當(dāng)一個工作線程的隊列里暫時沒有任務(wù)時，它會隨機(jī)從其他工作線程的隊列的尾部獲取一個任務(wù)。

4. 使用 Fork/Join 框架

讓我們通過一個簡單的需求來使用下 Fork／Join 框架，需求是：計算 1+2+3+4+..+100 的結(jié)果。

使用 Fork／Join 框架首先要考慮到的是如何分割任務(wù)，如果我們希望每個子任務(wù)最多執(zhí)行兩個數(shù)的相加，那么我們設(shè)置分割的閾值是 2，由于是 4 個數(shù)字相加，所以 Fork／Join 框架會把這個任務(wù) fork 成兩個子任務(wù)，子任務(wù)一負(fù)責(zé)計算 1+2，子任務(wù)二負(fù)責(zé)計算 3+4，然后再 join 兩個子任務(wù)的結(jié)果。

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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;}@Overrideprotected Integer compute() {int sum = 0;//如果任務(wù)足夠小就計算任務(wù)boolean canCompute = (end - start) <= threshold;if (canCompute) {for (int i = start; i <= end; i++) {sum += i;}} else {// 如果任務(wù)大于閾值，就分裂成兩個子任務(wù)計算int middle = (start + end) / 2;ForkJoinTaskExample leftTask = new ForkJoinTaskExample(start, middle);ForkJoinTaskExample rightTask = new ForkJoinTaskExample(middle + 1, end);// 執(zhí)行子任務(wù) leftTask.fork();rightTask.fork();// 等待任務(wù)執(zhí)行結(jié)束合并其結(jié)果int leftResult = leftTask.join();int rightResult = rightTask.join();// 合并子任務(wù)sum = leftResult + rightResult;}return sum;}public static void main(String[] args) {ForkJoinPool forkjoinPool = new ForkJoinPool();//生成一個計算任務(wù)，計算1+2+3+4ForkJoinTaskExample task = new ForkJoinTaskExample(1, 100);//執(zhí)行一個任務(wù)Future<Integer> result = forkjoinPool.submit(task);try {log.info("result:{}", result.get());} catch (Exception e) {log.error("exception", e);}} }

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轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/panlei3707/p/11090419.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java并发-Fork/Join框架的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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