Java多线程之Fork Join框架

最新推荐文章于 2025-05-31 18:27:19 发布

dclingcloud

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本文详细介绍了Java中的Fork/Join框架，它是一种基于分治策略的多线程并发框架。Fork/Join框架通过ForkJoinPool线程池和ForkJoinTask来实现任务的拆分和合并。文章阐述了Fork/Join的工作原理，包括工作窃取算法，以解决子任务可能导致的线程等待问题，从而提高任务执行效率。此外，还强调了Fork/Join适合计算密集型任务，对于I/O和阻塞操作则不太适用。

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本文作者：Kevin

引言：
相比传统顺序编程，多线程并发编程在运行效率有这巨大的优势，但是由于线程资源的共享，线程同步等问题，多线程编程的难度也要高许多。Java是最先支持多线程的开发的语言之一，Java 提供了许多方便好用的多线程并发方法，理解并合理地运用它们，会让我们在开发中受益匪浅。Fork/Join框架就是一个充分利用多线程优势，集“分治”与“并行”一体的并发框架。

1. Fork/Join框架思想
Fork/Join框架从名字就可以初见端倪，Fork（分支）的意思是将任务分离，Join（合并）将结果合并。Fork/Join框架的核心思想是“分治”，将一个问题分解为多个小问题，这些问题相互独立，得到所有小问题的结果后就可以得到整个问题的结果。

在传统编程中，我们可以采取递归的方式实现具有一定规律的问题分治，但是由于频繁的函数调用，栈切换，递归的运行效率十分低下。Fork/Join框架提供了分治问题的多线程并发解决方案，提供了高效的实现。

2. Fork/Join框架原理
Fork/Join框架建立在Java线程池的基础之上，主要通过ForkJoinPool，ForkJoinTask类实现:

ForkJoinPool是ExecutorService的实现类，是一种特殊的线程池，ForkJoinTask则是ForkJoinPool线程池可接受的任务对象，分为RecursiveTask（带执行结果的任务）和RecursiveAction（没有执行结果的任务）。 ForkJoinPool接收提交的ForkJoinTask，为任务及其分支子任务分配线程。

3. 关于线程池
ForkJoinPool是一种特殊的线程池，要了解它得先了解Java线程池，这里只大致展示Java线程池的结构，不做深入分析。

线程池内维护一个核心池，每次有任务提交，会提供一个线程执行任务，直至池中线程数量达到最大值，之后无法立即执行的任务会被存放到任务队列内（workQueue），池内任务完成后再从队列中取出任务继续执行。

线程池的线程生成销毁策略，队列类型，最大核心池数量，任务拒绝策略等都是可配置的，使得Java线程池可以应对不同的场景与问题。而ForkJoinPool就是其中的一种实现。

4. Fork/Join实现
对于一个任务，它需要继承ForkJoinTask，并实现compute()方法，它是任务的执行部分。在执行的compute方法中，可以通过新建子任务并调用子任务的fork()方法实现任务的拆分。随后调用子任务的join()方法，join()方法将等子任务处理完成后，