这是巧合吗?

博主想开发远程协作程序,思路是客户端连服务器,服务器截屏传客户端,客户端回传鼠标操作。开发有两大难点,涉及图像压缩算法和钩子函数。发现QQ已有类似成熟功能,但认为该程序有市场定位,打算一个月内完成并参赛。

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最近想写一个远程协作的程序,主要思路是这样的:当客户端连接到服务器端时,服务器段不断截屏并发送到客户端,客户端就可以看到服务器段的界面,把客户端的鼠标操作信息传回服务器端加以解释执行。有两个难点,一是怎么保证传送图像信息的实时性,二是客户端传来的鼠标操作怎么被解释执行。看了一些参考书,这两点要涉及图像压缩算法和钩子函数。对于我来说,有点难度啊!
       无巧不成书。昨天,同寝的一同学说2005贺岁版QQ已经有了这种远程协作功能,看他演示了一下,感觉就跟我想象中的我的程序运行效果一样。嗨!有点伤心,我本以为这是我的独创,想不到人家已经有成熟的产品。不过从另一个角度考虑,我发现我想写的程序还蛮有市场定位的,呵呵。
       不管怎样,这个想法还是要坚持下去的,在一个月之内把它做出来。还指望拿这个参加学校的计算机应用大赛呢!
<think>我们正在讨论Java 8中ForkJoinPool的WorkQueue的scanState字段。根据引用[1][2][3][4],我们可以知道WorkQueue是ForkJoinPool中用于存储任务的双端队列,每个工作线程(ForkJoinWorkerThread)拥有一个WorkQueue,而外部提交的任务则存放在共享的WorkQueue中(没有绑定工作线程)。 scanState是一个volatile int类型的变量,在引用[2]中描述为:“记录队列的扫描信息,当小于0的时候,不活跃,当为奇数的时候,则处于扫描状态中”。我们需要深入理解这个字段的设计原理,特别是其状态变化机制以及索引与SCANNING状态的关系。 ### 设计原理 1. **scanState的作用**: - 标识WorkQueue的状态(活跃/不活跃)以及是否正在被扫描。 - 作为工作线程在ForkJoinPool的WorkQueue数组(`workQueues`)中的索引(index)。注意:这个索引是数组中的位置,对于工作线程的WorkQueue,这个索引是奇数;对于外部提交的共享队列,索引是偶数(引用[4])。 2. **状态表示**: - 当`scanState >= 0`时,表示该队列是活跃的(active)。 - 当`scanState < 0`时,表示该队列是不活跃的(inactive),可能因为线程阻塞或终止。 - 特别地,当`scanState`是奇数时,表示该队列正处于扫描状态(SCANNING)。这是因为在ForkJoinPool中,工作线程在扫描任务时会将`scanState`设置为奇数,扫描结束后恢复为偶数(即索引值)。 3. **索引与状态的关系**: - 在ForkJoinPool中,每个WorkQueue在创建时会被分配一个索引(index),这个索引在`workQueues`数组中唯一标识该队列。 - 对于工作线程的WorkQueue(奇数索引),其初始的`scanState`值就是其索引值(一个奇数)。因为索引是奇数,所以初始状态就是“正在扫描”状态?实际上,初始状态是活跃且处于扫描状态(因为工作线程需要不断扫描任务)。 - 当工作线程开始扫描任务时,它会检查`scanState`,如果发现是偶数,则将其设置为奇数(即进入扫描状态)。扫描结束后,再将其恢复为偶数(即退出扫描状态,但仍为活跃状态)。但是,由于初始值就是奇数,所以实际上工作线程在运行过程中会不断切换这个值的奇偶性。 4. **状态转换**: - 当工作线程准备扫描任务时,会通过CAS操作将`scanState`从当前值(偶数)改为一个奇数(通常是当前值+1),表示进入扫描状态。 - 扫描结束后,再将`scanState`减1(即恢复为偶数),表示退出扫描状态。 - 如果工作线程因为某种原因被挂起(如等待任务),则会将`scanState`设置为一个负值(不活跃状态)。当线程被唤醒后,再将其恢复为正数(活跃状态)。 5. **为什么需要SCANNING状态?** - 主要是为了防止工作线程在扫描任务时被其他线程窃取任务,或者避免多个线程同时扫描同一个队列。通过设置一个扫描状态,可以协调多个工作线程对任务队列的访问。 ### 源码分析(参考引用[2][3]) 在ForkJoinPool中,工作线程在运行过程中会调用`scan`方法来扫描任务(包括自己的队列和其他队列)。在扫描过程中,会操作`scanState`。 以下是一个简化的状态转换过程(基于Java 8源码): 1. 工作线程在运行时会尝试从自己的队列(top-base)中获取任务,如果自己的队列为空,则会尝试从其他队列窃取任务(base-top)。 2. 在扫描自己的队列时,工作线程会设置`scanState`为奇数(通过CAS操作),表示正在扫描。这样可以防止其他线程同时窃取该队列的任务(因为窃取操作是从base端进行的,而工作线程本身是从top端操作)。 3. 扫描结束后,工作线程将`scanState`恢复为偶数(即原来的索引值)。 ### 示例状态变化 假设一个工作线程的WorkQueue索引为3(奇数),则其初始`scanState`为3(奇数,表示活跃且处于扫描状态?实际上,初始状态就是活跃的,但扫描状态是动态变化的)。 - 当工作线程开始一次新的扫描时,它可能会将`scanState`从3(奇数)改为4(偶数)?不对,实际上,工作线程在扫描前会检查状态,如果当前状态是偶数(表示不在扫描中),则尝试CAS将其改为奇数(即+1)。所以,如果初始状态是奇数(3),那么工作线程会先将其减1变成偶数(2)?这似乎与描述不符。 实际上,在ForkJoinPool的实现中,工作线程的初始`scanState`就是其索引(奇数),并且它一直保持奇数直到该工作线程被挂起或终止。但是,在扫描过程中,工作线程会通过CAS操作将`scanState`的值减1(变为偶数)来表示退出扫描状态?这似乎与引用[2]的描述相反。 我们需要重新审视源码(以Java 8为例): 在`ForkJoinPool`的`runWorker`方法中,工作线程循环执行任务。在每次循环中,它会调用`scan`方法尝试获取任务。在`scan`方法中,有对`scanState`的操作: 1. 在扫描开始时,工作线程会将自己的`scanState`设置为一个奇数(表示正在扫描)。 2. 扫描结束后,再恢复为偶数。 但是,查看Java 8的`ForkJoinPool`源码,在`scan`方法中,实际上是这样处理的: ```java private ForkJoinTask<?> scan(WorkQueue w, int r) { WorkQueue[] ws; int n; if ((ws = workQueues) != null && (n = ws.length) > 0 && w != null) { int m = n - 1; for (int origin = r;;) { // 随机起点 r ^= r << 13; r ^= r >>> 17; r ^= r << 5; // 伪随机数 int k = r & m; WorkQueue q = ws[k]; if (q != null) { // 尝试从队列q中窃取任务 ... } // 检查自己的状态 if (w.scanState < 0) // 如果自己的队列不活跃,则退出 break; // 更新随机种子 ... } } return null; } ``` 实际上,在`scan`方法中并没有直接修改`scanState`,而是在其他地方修改。工作线程的状态管理主要在`runWorker`方法中,通过`tryRelease`和`tryReactivate`等方法改变`scanState`。 根据更详细的源码分析(引用[3]),工作线程在等待任务时(即没有任务可执行时)会将自己标记为不活跃(将`scanState`设置为负值),而当有任务到来时,会尝试重新激活(将`scanState`恢复为正值)。 关于扫描状态,在`ForkJoinPool`中有一个重要的方法`tryReactivate`,它用于激活一个不活跃的工作线程。在激活过程中,会将`scanState`从负值改为一个正值(通常是原来的索引值,一个奇数)。 ### 结论 1. **scanState的设计原理**:`scanState`字段同时用于表示WorkQueue的状态(活跃/不活跃,扫描状态)以及其在`workQueues`数组中的索引(对于工作线程的队列,索引为奇数;外部提交队列索引为偶数)。 2. **状态变化**: - 当`scanState >= 0`:活跃状态。 - 如果为奇数,表示当前工作线程正在扫描任务(或者处于可扫描状态)。 - 如果为偶数,表示不在扫描状态(但仍然是活跃的)。 - 当`scanState < 0`:不活跃状态(通常是因为工作线程被阻塞或等待任务)。 3. **状态转换触发**: - 当工作线程开始扫描任务时,会尝试将`scanState`从偶数(非扫描状态)改为奇数(扫描状态),通过CAS操作实现。 - 扫描结束后,将`scanState`恢复为偶数(即索引值)。 - 当工作线程无法获取任务而进入等待状态时,会将`scanState`设置为负值(不活跃状态)。当有新的任务提交到该队列时,会尝试将其`scanState`恢复为正值(激活)。 注意:由于工作线程的初始索引是奇数,所以初始状态就是活跃且扫描状态(实际上,工作线程一旦启动,就会进入扫描任务的状态)。在运行过程中,工作线程会根据需要改变`scanState`的奇偶性来协调任务扫描。 ### 参考文献 [^1]: Fork/Join框架的核心组件概述。 [^2]: WorkQueue的成员变量说明,包括scanState。 [^3]: ForkJoin框架源码解析,详细描述了工作流程。 [^4]: WorkQueue在数组中的索引规则(奇偶性区分)。 §§相关问题§§ 1. 在ForkJoinPool中,工作线程如何通过scanState来避免任务窃取时的冲突? 2. 当WorkQueue的scanState为负值时,ForkJoinPool如何处理该队列的任务? 3. ForkJoinPool中如何触发一个不活跃的工作线程(scanState<0)重新变为活跃?</think>### Java 8 ForkJoinPool WorkQueue.scanState 设计原理 在Java 8的`ForkJoinPool`中,`WorkQueue.scanState`是一个关键的状态控制字段,其设计原理和状态变化机制如下: #### 一、scanState的核心作用 1. **双重身份字段**: - **索引标识**:记录该`WorkQueue`在`ForkJoinPool.workQueues`数组中的位置索引(奇数位为工作线程专属队列,偶数位为共享队列)[^4] - **状态标识**:通过数值符号和奇偶性表示队列的活跃状态和扫描状态[^2] 2. **状态表示规则**: ```mathematica scanState = if (≥0) 活跃状态 { 奇数: SCANNING状态(正在扫描任务) 偶数: 非扫描状态(可被窃取) } else 不活跃状态(线程阻塞/终止) ``` #### 二、状态变化机制 1. **初始化状态**: - 工作线程队列:初始值为奇数(如`3`),表示活跃且处于扫描状态[^4] - 共享队列:初始值为偶数(如`2`),表示活跃但非扫描状态 2. **状态转换过程**: ```mermaid stateDiagram-v2 [*] --> 活跃(奇数): 工作线程启动 活跃(奇数) --> 活跃(偶数): 结束扫描(CAS减1) 活跃(偶数) --> 活跃(奇数): 开始扫描(CAS加1) 活跃(任意) --> 不活跃: 线程阻塞(CAS设为负值) 不活跃 --> 活跃(奇数): 线程唤醒(CAS恢复原索引) ``` 3. **关键操作示例**: - **开始扫描**(`tryActivate()`): ```java if (scanState为偶数) { CAS(scanState, current, current+1) // 偶数→奇数 } ``` - **结束扫描**(`tryDeactivate()`): ```java if (scanState为奇数) { CAS(scanState, current, current-1) // 奇数→偶数 } ``` - **线程阻塞**: ```java CAS(scanState, current, -current) // 正数→负数 ``` #### 三、SCANNING状态的意义 1. **并发控制**: - 当`scanState`为奇数(SCANNING状态)时,表示工作线程正在处理该队列的任务 - 阻止其他线程窃取该队列的任务(窃取操作需检查`scanState`状态)[^3] 2. **任务协调**: ```java while (scanState为奇数) { 当前线程执行本地任务 其他线程跳过此队列(避免并发冲突) } ``` 3. **状态可见性**: 通过`volatile`修饰确保多线程间的状态可见性,配合CAS实现无锁同步[^2] #### 四、设计优势 1. **空间优化**:将索引和状态合并到单个`int`字段,减少内存占用 2. **并发效率**:通过奇偶性判断实现轻量级状态锁,避免传统锁竞争 3. **故障恢复**:负值状态帮助线程池检测失效工作队列并重建[^3] > 此设计使ForkJoinPool在高度并行场景下保持高效的任务调度能力,同时最小化同步开销[^1]。 [^1]: Fork/Join框架的核心组件概述 [^2]: WorkQueue.scanState字段的位运算设计 [^3]: SCANNING状态的任务调度协调机制 [^4]: WorkQueue索引奇偶性分配规则
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