并发编程学习笔记(12)----Fork/Join框架

最新推荐文章于 2022-10-31 17:33:57 发布

原创最新推荐文章于 2022-10-31 17:33:57 发布 · 136 阅读

0 ·

CC 4.0 BY-SA版权

本文深入解析Fork/Join框架的概念与使用，探讨其如何通过任务分解与合并提升并行计算效率，适用于大规模数值计算场景。文章通过具体示例说明了ForkJoinPool线程池的工作原理及RecursiveTask的实现细节。

1. Fork/Join 的概念

　　Fork指的是将系统进程分成多个执行分支（线程），Join即是等待，当fork()方法创建了多个线程之后，需要等待这些分支执行完毕之后，才能得到最终的结果，因此join就表示等待。在实际的使用中，如果毫无顾忌的使用fork()来开启线程，可能会由于线程过多而影响系统性能，因此在jdk中提供了ForkJoinPool线程池来对fork进行处理，以节省资源。

　　对于线程池来说，提交的任务数量并不总是与线程数相等的，大多数情况下一个物理线程可能需要执行多个逻辑任务。所以每个线程必然会有一个任务队列。在实际的执行过程中，可能会出现A线程已经执行完成队列中的所有任务了，但是B线程中还有很多任务等着执行，此时A线程就会从B线程中拿到任务过来处理，尽可能的达到平衡。需要注意的是，当线程开始帮助别的线程执行任务时，总会从其他的线程任务队列的底部开始拿，而线程执行自己任务的时候，总会从队列的顶部开始拿，这样就你能有效的避免了线程之间数据的竞争。

2. 使用方式

　　在看使用方式之前，先来看ForkJoinPool的一个重要的接口：

 public <T> ForkJoinTask<T> submit(ForkJoinTask<T> task)

　　它接收一个ForkJoinTask作为任务，ForkJoinTask就是持有fork()分解和join()等待的任务。它有两个重要的子类，即RecursiveTask有返回值任务和RecursiveAction无返回值任务，在使用的时候只需要根据场景继承它的的两个子类之一即可。示例代码为带返回值的任务的使用方式：

package com.wangx.thread.t7;

import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.ExecutionException; import java.util.concurrent.ForkJoinPool; import java.util.concurrent.ForkJoinTask; import java.util.concurrent.RecursiveTask; /** * 求和 */ public class CountTask extends RecursiveTask<Long> { //任务分配标准 private static final int THRESHOLD = 1000; private long start; private long end; public CountTask(long start, long end) { this.start = start; this.end = end; } /** * 分而治之，分成多个小任务执行，最后再执行汇总 * @return */ @Override public Long compute() { long sum = 0; boolean canCompute = (end - start) < THRESHOLD; //开始和结束之间间隔小于1000 if (canCompute) { //执行数据求和 for (long i = start; i <= end; i++) { sum += i; } } else { //分成100个小任务 long step = (start + end) / 100; ArrayList<CountTask> countTaskList = new ArrayList<>(); long pos = start; for (int i = 0; i < 100; i++) { long lastOne = pos + step; CountTask task = new CountTask(pos, lastOne); pos += step+1; countTaskList.add(task); //开启子任务  task.fork(); } //等待所有子任务都执行完毕后再对子任务进行求和 for (CountTask countTask : countTaskList) { sum += countTask.join(); } } return sum; } public static void main(String[] args) { ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(); CountTask countTask = new CountTask(0, 20000L); ForkJoinTask<Long> forkJoinTask = forkJoinPool.submit(countTask); try { long res = forkJoinTask.get(); System.out.println("sum=" + res ); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } } }

　　该示例是用于计算数列和的，必然是需要返回值的，正好可以继承RecursiveTask的方式来使用，使用forkJoinPool.submit()将任务交给线程池，线程池返回一个ForkJoinTask对象，调用该对象的get()方法获取结果，当在执行get（）方法时任务没有执行完成，则主线程会一直等待所有线程执行完成。

　　compute()方法主要对任务进行分解，当求和数量大于THRESHOLD个时，就需要再次分解任务，否则直接求和，分解任务时，简单的将原有的任务分成100个小任务，并使用fork()方法提交，再然后调用join（）方法等待所有任务执行完成后，最后对每个子任务的结果再次进行求和，得到最终结果。

原文并发编程学习笔记(12)----Fork/Join框架