Java并发编程的相关知识（8）—Fork/Join框架

简介

用于并行执行的框架，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构的框架。

工作窃取算法

指某个线程从其他队列里窃取任务来执行（该线程已把自己队列的任务干完，去帮助其他线程的任务）。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那任务执行。
==优点：==充分利用线程进行并行计算，减少了线程间的竞争。
==缺点：==在某些情况下还是存在竞争（比如双端队列里只有一个任务时，并且该算法会消耗更多的系统资源，比如创建多个线程和多个双端队列）

Fork/Join框架的设计

分割任务 执行任务并合并结果
ForkJoinTask:他提供在任务中执行fork()和join（）操作的机制，通常情况下，我们不需要直接继承ForkJoinTask类，只需要继承他的子类RecursiveAction，RecursiveTask
RecursiveAction:用于没有返回结果的任务
RecursiveTask:用于有返回结果的任务
ForkJoinPool：由ForkJoinTask数组和ForkJoinWorkerThread数组组成，ForkJoinTask数组负责将存放程序提交给ForkJoinPool的任务，而ForkJoinWorkerThread数组负责执行这些任务。

ForkJoinTask的fork方法实现原理

当我们调用ForkJoinTask的fork方法时，程序会调用ForkJoinWorkerThread的pushTask方法异步地执行这个任务，然后立即返回结果。

public final ForkJoinTask<V> fork(){
	((ForkJoinWorkerThread) Thread.currentThread()).pushTask(this);
	return this;
}

pushTask方法吧当前任务存放在ForkJoinTask数组队列里。然后在调用ForkJoinPool的signalWork()方法唤醒或创建一个工作线程来执行任务。

final void pushTask(ForkJoinTask<> t){
	ForkJoinTask<>[]q; int s,m;
	if(q==queue）!=null){
	long u=((s=queueTop)&(m=q.length-1))<<ASHIFT)+ABASE;
	UNSAFE.putOrderedObject(q,u,t);
	queueTop=s+t;
	if((s-=queueBase)<=2)
		pool.signalWork();
	else if(s==m)
		growQueue();
}
}

ForkJoinTask的join方法实现原理

Join方法的主要作用是阻塞当前线程并等待获取结果。

public final V join(){
	if(doJoin()!=NORMAL)
		return reportResult();
	else
		return getRawResult();
}
private V reportResult(){
	int s;Throwable ex;
	if((s=status)==CANCELLED)
		throw new CancellationException();
	if(s==EXCEPTIONAL&&(ex=getThrowableException())!=-null)
		UNSAFE.throwException(ex);
	return getRawResult();
}

首先，它调用dojoin()方法，通过dojoin()方法得到当前任务的状态来判断返回什么结果过，任务状态有4种：已完成（直接返回任务结果）。被取消(抛出CacellationException)、信号和出现异常（直接抛出对应的异常）。

private int doJoin(){
	Thread t;ForkJoinWorkerThread w;int s;boolean completed;
	if(t==Thread,currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread){
	if((s=status)<0)
		return s;
	if((w=(ForkJoinWorkerThraed)t).unpushTask(this){
		try{
		completed=exec()
		}catch(Throwable rex){
		return setExceptionCompletion(rex);
		}
		if(completed)
			return setCompletion(NORMAL);
	}
	return w.joinTask(this);
	}
	else
		return externalAwaitDone();
}

首先通过查看任务状态，看任务是否已经执行完成，如果执行完成，则直接分会任务状态，如果没有执行完，则从任务数组里取出任务并执行。