frok/join框架

Fork/Join框架是Java 7提供的一个用于并行执行任务的框架,是一个把大任务分割成若干个小任务,最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。Fork/Join框架要完成两件事情:

1.任务分割:首先Fork/Join框架需要把大的任务分割成足够小的子任务,如果子任务比较大的话还要对子任务进行继续分割

2.执行任务并合并结果:分割的子任务分别放到双端队列里,然后启动几个线程分别从双端队列里获取任务执行。子任务执行完的结果都放在另外一个队列里,启动一个线程从队列里取数据,然后合并这些数据。

在Java的Fork/Join框架中,使用两个类完成上述操作

1.ForkJoinTask:我们要使用Fork/Join框架,首先需要创建一个ForkJoin任务。该类提供了在任务中执行fork和join的机制。通常情况下我们不需要直接集成ForkJoinTask类,只需要继承它的子类,Fork/Join框架提供了两个子类:

a.RecursiveAction:用于没有返回结果的任务

b.RecursiveTask:用于有返回结果的任务

2.ForkJoinPool:ForkJoinTask需要通过ForkJoinPool来执行

任务分割出的子任务会添加到当前工作线程所维护的双端队列中,进入队列的头部。当一个工作线程的队列里暂时没有任务时,它会随机从其他工作线程的队列的尾部获取一个任务(工作窃取算法)。

Fork/Join框架的实现原理

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,而ForkJoinWorkerThread负责执行这些任务。

example

public class ForkJoinRecursiveTask {

    private final static int MAX_THRESHOLD = 200;

    public static void main(String[] args) {
        final ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinTask<Integer> future = forkJoinPool.submit(new CalculateRecursiveTask(0, 1000));
        try {
            Integer result = future.get();
            System.out.println(result);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    private static class CalculateRecursiveTask extends RecursiveTask<Integer>{

        private final int start;
        private final int end;

        private CalculateRecursiveTask(int start, int end) {
            this.start = start;
            this.end = end;
        }

        @Override
        protected Integer compute() {
            if (end-start <= MAX_THRESHOLD){
                return IntStream.rangeClosed(start,end).sum();
            }else {
                int middle = (start+end)/2;
                CalculateRecursiveTask leftTask = new CalculateRecursiveTask(start, middle);
                CalculateRecursiveTask rightTask = new CalculateRecursiveTask(middle+1,end);

                leftTask.fork();
                rightTask.fork();

                return leftTask.join()+rightTask.join();
            }
        }
    }

}

example

public class ForkJoinRecursiveActive {


    private final static int MAX_THRESHOLD = 3;
    private final static AtomicInteger SUM = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        forkJoinPool.submit(new CalculateRecursiveActive(0, 10));
        forkJoinPool.awaitTermination(5, TimeUnit.SECONDS);
        Optional.of(SUM).ifPresent(System.out::println);
    }

    private static class CalculateRecursiveActive extends RecursiveAction{

        private final int start;
        private final int end;

        private CalculateRecursiveActive(int start, int end) {
            this.start = start;
            this.end = end;
        }

        @Override
        protected void compute() {
            if ((start+end)<MAX_THRESHOLD){
                SUM.addAndGet(IntStream.rangeClosed(start,end).sum());
            }else {
                int middle = (start+end)/2;
                CalculateRecursiveActive leftActive = new CalculateRecursiveActive(start,middle);
                CalculateRecursiveActive rightActive = new CalculateRecursiveActive(middle+1,end);
                leftActive.fork();
                rightActive.fork();
            }
        }
    }
}
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