Java并行计算Fork/Join框架使用

最新推荐文章于 2025-06-27 16:02:15 发布

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#并行计算 #Fork-Join

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本文介绍如何使用Fork/Join框架通过并行处理加速计算任务，包括核心概念、实现步骤及注意事项，旨在提升计算密集型任务的执行速度。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

背景介绍

假如目前有个需求，计算1000个数字之和，此需求是不是很简单，一次循环，即可完成计算；但如果是计算100W甚至更多的呢？当然，此时的循环依然可以达到目的，但效率就不敢恭维；同时，如果此时有个需求，需要统计100个文件中某个单词出现的次数呢？最直接的办法也是依次循环这100个文件，最终统计到结果，更好一步，你应该想到了线程池处理，起10个线程，每个线程读10个文件统计，这样效率就提升10倍左右。使用线程池可以很好的解决问题，但是对最终结果合并可能比较麻烦。幸好，JDK为我们提供了很好的并行解决方案fork/join框架。

Fork/Join介绍

Fork/Join主要功能即将一个任务拆分为多个子任务执行，最终再将子任务的执行结果合并（了解Hadoop的童鞋此时应该想起了Hadoop的MapReduce）。
如果需要学习Fork/Join，首先需要了解如下四个类：
- ForkJoinPoll：程序中只需要创建一个这样的实例来运行所有fork-join任务。
- RecursiveTask：在线程池中运行一个本类的子类，它可以返回结果。
- RecursiveAction：和RecursiveTask类似但是不返回结果。
- ForkJoinTask：是RecursiveTask和RecursiveAction的父类，join方法就是定义在本类中。一般不需要直接使用此类，但是如果想要了解更多方法，你可以在本类中找到很多有用的javadoc文档。

Fork/Join图例介绍

分治法原理

代码示例

我们以计算10000个数字和为例说明Fork/Join使用方法：

public class Sum extends RecursiveTask<Long>
{

    /**
    * {变量说明}
    */
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private static final Long THRESHOLD = 100L;
    private Long start;
    private Long end;

    public Sum(Long start, Long end)
    {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Long compute()
    {
        Long sum = 0L;
        if ((end - start) < THRESHOLD)
        {
            for (Long i = start; i <= end; i++)
            {
                sum += i;
            }
        } else
        {
//            System.out.println("fork");
            Long middle = (start + end) / 2;
            Sum left = new Sum(start, middle);
            Sum right = new Sum(middle + 1, end);
            left.fork();
            right.fork();

            sum = left.join() + right.join();
        }
        return sum;
    }

}

代码比较简单，Sum继承了RecursiveTask，RecursiveTask如上面所说，会返回结果，此处我们是计算和，所以需要将计算结果返回；
代码主要逻辑：如果待计算集合小于100时，则循环求和即可，反之，则将任务拆分为两个子任务(fork)，然后再将两个任务结果合并（join），最终返回两个任务的合并结果。

测试：

public class CommonTest
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
        Future<Long> result = pool.submit(new Sum(0L, 10000L));
//        pool.shutdown();        
        System.out.println(result.get());

    }
}

使用起来是不是很简单，这就是JDK的Fork/Join模式。

注意：
ForkJoinPool为我们提供了shutdown()和shutdownNow()方法。
其中执行shutdown()方法之后，ForkJoinPool 不再接受新的任务，但是已经提交的任务可以继续执行，此时如果再提交任务，则抛出异常：java.util.concurrent.RejectedExecutionException。
而执行shotdownNow()方法后，则ForkJoinPool立即停止执行，同时抛出异常：java.util.concurrent.CancellationException。