Fork/Join框架之Fork、Join操作

Fork

Fork就是一个不断分枝的过程，在当前任务的基础上长出n多个子任务。

当一个ForkJoinTask任务调用fork()方法时，当前线程会把这个任务放入到queue数组的queueTop位置，然后执行以下两句代码：

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1. if ((s -= queueBase) <= 2)  
2.     pool.signalWork();  
3. else if (s == m)  
4.     growQueue();  

其中s=queueTop,m为数组length减1。else if部分，表示数组所有元素都满了，需要扩容，不难理解。if部分表示当数组元素比较少时（1或者2），就调用signalWork()方法。signalWork（）方法做了两件事：1、唤配当前线程;2、当没有活动线程时或者线程数较少时，添加新的线程。

Join

Join是一个不断等待，获取任务执行结果的过程。

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1. private int doJoin() {  
2.     Thread t; ForkJoinWorkerThread w; int s; boolean completed;  
3.     if ((t = Thread.currentThread()) instanceof ForkJoinWorkerThread) {  
4.         if ((s = status) < 0)  
5.             return s;  
6.         if ((w = (ForkJoinWorkerThread)t).unpushTask(this)) {  
7.             try {  
8.                 completed = exec();  
9.             } catch (Throwable rex) {  
10.                 return setExceptionalCompletion(rex);  
11.             }  
12.             if (completed)  
13.                 return setCompletion(NORMAL);  
14.         }  
15.         return w.joinTask(this);  
16.     }  
17.     else  
18.         return externalAwaitDone();  
19. }  

(1)第4行，(s=status)<0表示这个任务被执行完，直接返回执行结果状态，上层捕获到状态后，决定是要获取结果还是进行错误处理；

(2)第6行，从queue中取出这个任务来执行，如果执行完了，就设置状态为NORMAL；

(3)前面unpushTask()方法在队列中没有这个任务时会返回false，15行调用joinTask等待这个任务完成。

(4)由于ForkJoinPool中有一个数组叫submissionQueue，通过submit方法调用而且非ForkJoinTask这种任务会被放到这个队列中。这种任务有可能被非ForkJoinWorkerThread线程执行，第18行表示如果是这种任务，等待它执行完成。

下面来看joinTask方法

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1. final int joinTask(ForkJoinTask<?> joinMe) {  
2.     ForkJoinTask<?> prevJoin = currentJoin;  
3.     currentJoin = joinMe;  
4.     for (int s, retries = MAX_HELP;;) {  
5.         if ((s = joinMe.status) < 0) {  
6.             currentJoin = prevJoin;  
7.             return s;  
8.         }  
9.         if (retries > 0) {  
10.             if (queueTop != queueBase) {  
11.                 if (!localHelpJoinTask(joinMe))  
12.                     retries = 0;           // cannot help  
13.             }  
14.             else if (retries == MAX_HELP >>> 1) {  
15.                 --retries;                 // check uncommon case  
16.                 if (tryDeqAndExec(joinMe) >= 0)  
17.                     Thread.yield();        // for politeness  
18.             }  
19.             else  
20.                 retries = helpJoinTask(joinMe) ? MAX_HELP : retries - 1;  
21.         }  
22.         else {  
23.             retries = MAX_HELP;           // restart if not done  
24.             pool.tryAwaitJoin(joinMe);  
25.         }  
26.     }  
27. }  

(1)这里有个常量MAX_HELP=16,表示帮助join的次数。第11行，queueTop!=queueBase表示本地队列中有任务，如果这个任务刚好在队首，则尝试自己执行；否则返回false。这时retries被设置为0，表示不能帮助,因为自已队列不为空，自己并不空闲。在下一次循环就会进入第24行，等待这个任务执行完成。

(2)第20行helpJoinTask（）方法返回false时，retries-1，连续8次都没有帮到忙，就会进入第14行，调用yield让权等待。没办法人口太差，想做点好事都不行，只有停下来休息一下。

(3)当执行到第20行，表示自己队列为空，可以去帮助这个任务了，下面来看是怎么帮助的？

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1. outer:for (ForkJoinWorkerThread thread = this;;) {  
2.     // Try to find v, the stealer of task, by first using hint  
3.     ForkJoinWorkerThread v = ws[thread.stealHint & m];  
4.     if (v == null || v.currentSteal != task) {  
5.         for (int j = 0; ;) {        // search array  
6.             if ((v = ws[j]) != null && v.currentSteal == task) {  
7.                 thread.stealHint = j;  
8.                 break;              // save hint for next time  
9.             }  
10.             if (++j > m)  
11.                 break outer;        // can't find stealer  
12.         }  
13.     }  
14.     // Try to help v, using specialized form of deqTask  
15.     for (;;) {  
16.         ForkJoinTask<?>[] q; int b, i;  
17.         if (joinMe.status < 0)  
18.             break outer;  
19.         if ((b = v.queueBase) == v.queueTop ||  
20.             (q = v.queue) == null ||  
21.             (i = (q.length-1) & b) < 0)  
22.             break;                  // empty  
23.         long u = (i << ASHIFT) + ABASE;  
24.         ForkJoinTask<?> t = q[i];  
25.         if (task.status < 0)  
26.             break outer;            // stale  
27.         if (t != null && v.queueBase == b &&  
28.             UNSAFE.compareAndSwapObject(q, u, t, null)) {  
29.             v.queueBase = b + 1;  
30.             v.stealHint = poolIndex;  
31.             ForkJoinTask<?> ps = currentSteal;  
32.             currentSteal = t;  
33.             t.doExec();  
34.             currentSteal = ps;  
35.             helped = true;  
36.         }  
37.     }  
38.     // Try to descend to find v's stealer  
39.     ForkJoinTask<?> next = v.currentJoin;  
40.     if (--levels > 0 && task.status >= 0 &&  
41.         next != null && next != task) {  
42.         task = next;  
43.         thread = v;  
44.     }  
45. }  

(1)通过查看stealHint这个字段的注释可以知道，它表示最近一次谁来偷过我的queue中的任务。因此通过stealHint并不能找到当前任务被谁偷了？所以第4行v.currentSteal != task完全可能。这时还有一个办法找到这个任务被谁偷了，看看currentSteal这个字段的注释表示最近偷的哪个任务。这里扫描所有偷来的任务与当前任务比较，如果相等，就是这个线程偷的。如果这两种方法都不能找到小偷，只能等待了。

(2)当找到了小偷后，以其人之身还之其人之道，从小偷那里偷任务过来，相当于你和小偷共同执行你的任务，会加速你的任务完成。

(3)小偷也是爷，如果小偷也在等待一个任务完成，权利反转（小偷等待的这个任务做为当前任务，小偷扮演当事人角色把前面的流程走一遍），这是一个递归的过程。