初步了解fork/join框架
fork/join 框架是java7中加入的一个并行任务框架，可以将任务分割成足够小的小任务，然后让不同的线程来做这些分割出来的小事情，然后完成之后再进行join，将小任务的结果组装成大任务的结果。下面的图片展示了这种框架的工作模型：
使用fork/join并行框架的前提是我们的任务可以拆分成足够小的任务，而且可以根据小任务的结果来组装出大任务的结果，一个最简单的例子是使用fork/join框架来求一个数组中的最大/最小值，这个任务就可以拆成很多小任务，大任务就是寻找一个大数组中的最大/最小值，我们可以将一个大数组拆成很多小数组，然后分别求解每个小数组中的最大/最小值，然后根据这些任务的结果组装出最后的最大最小值，下面的代码展示了如何通过fork/join求解数组的最大值：
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import java.util.concurrent.executionexception;
import java.util.concurrent.forkjoinpool;
import java.util.concurrent.future;
import java.util.concurrent.recursivetask;
import java.util.concurrent.timeunit;
import java.util.concurrent.timeoutexception;
/**
* created by hujian06 on 2017/9/28.
*
* fork/join demo
*/
public class forkjoindemo {
/**
* how to find the max number in array by fork/join
*/
private static class maxnumber extends recursivetask<integer> {
private int threshold = 2;
private int[] array; // the data array
private int index0 = 0;
private int index1 = 0;
public maxnumber(int[] array, int index0, int index1) {
this.array = array;
this.index0 = index0;
this.index1 = index1;
}
@override
protected integer compute() {
int max = integer.min_value;
if ((index1 - index0) <= threshold) {
for (int i = index0;i <= index1; i ++) {
max = math.max(max, array[i]);
}
} else {
//fork/join
int mid = index0 + (index1 - index0) / 2;
maxnumber lmax = new maxnumber(array, index0, mid);
maxnumber rmax = new maxnumber(array, mid + 1, index1);
lmax.fork();
rmax.fork();
int lm = lmax.join();
int rm = rmax.join();
max = math.max(lm, rm);
}
return max;
}
}
public static void main(string ... args) throws executionexception, interruptedexception, timeoutexception {
forkjoinpool pool = new forkjoinpool();
int[] array = {100,400,200,90,80,300,600,10,20,-10,30,2000,1000};
maxnumber task = new maxnumber(array, 0, array.length - 1);
future<integer> future = pool.submit(task);
system.out.println("result:" + future.get(1, timeunit.seconds));
}
}
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可以通过设置不同的阈值来拆分成小任务，阈值越小代表拆出来的小任务越多。
工作窃取算法
fork/join在实现上，大任务拆分出来的小任务会被分发到不同的队列里面，每一个队列都会用一个线程来消费，这是为了获取任务时的多线程竞争，但是某些线程会提前消费完自己的队列。而有些线程没有及时消费完队列，这个时候，完成了任务的线程就会去窃取那些没有消费完成的线程的任务队列，为了减少线程竞争，fork/join使用双端队列来存取小任务，分配给这个队列的线程会一直从头取得一个任务然后执行，而窃取线程总是从队列的尾端拉取task。
frok/join框架的实现细节
在上面的示例代码中，我们发现fork/join的任务是通过forkjoinpool来执行的，所以框架的一个核心是任务的fork和join，然后就是这个forkjoinpool。关于任务的fork和join，我们可以想象，而且也是由我们的代码自己控制的，所以要分析fork/join，那么forkjoinpool最值得研究。
上面的图片展示了forkjoinpool的类关系图，可以看到本质上它就是一个executor。在forkjoinpool里面，有两个特别重要的成员如下：
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volatile workqueue[] workqueues;
final forkjoinworkerthreadfactory factory;
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workqueues 用于保存向forkjoinpool提交的任务，而具体的执行有forkjoinworkerthread执行，而forkjoinworkerthreadfactory可以用于生产出forkjoinworkerthread。可以看一些forkjoinworkerthread，可以发现每一个forkjoinworkerthread会有一个pool和一个workqueue，和我们上面描述的是一致的，每个线程都被分配了一个任务队列，而执行这个任务队列的线程由pool提供。
下面我们看一下当我们fork的时候发生了什么：
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public final forkjointask<v> fork() {
thread t;
if ((t = thread.currentthread()) instanceof forkjoinworkerthread)
((forkjoinworkerthread)t).workqueue.push(this);
else
forkjoinpool.common.externalpush(this);
return this;
}
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看上面的fork代码，可以看到首先取到了当前线程，然后判断是否是我们的forkjoinpool专用线程，如果是，则强制类型转换（向下转换）成forkjoinworkerthread，然后将任务push到这个线程负责的队列里面去。如果当前线程不是forkjoinworkerthread类型的线程，那么就会走else之后的逻辑，大概的意思是首先尝试将任务提交给当前线程，如果不成功，则使用例外的处理方法，关于底层实现较为复杂，和我们使用fork/join关系也不太大，如果希望搞明白具体原理，可以看源码。
下面看一下join的流程：
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public final v join() {
int s;
if ((s = dojoin() & done_mask) != normal)
reportexception(s);
return getrawresult();
}
private int dojoin() {
int s; thread t; forkjoinworkerthread wt; forkjoinpool.workqueue w;
return (s = status) < 0 ? s :
((t = thread.currentthread()) instanceof forkjoinworkerthread) ?
(w = (wt = (forkjoinworkerthread)t).workqueue).
tryunpush(this) && (s = doexec()) < 0 ? s :
wt.pool.awaitjoin(w, this, 0l) :
externalawaitdone();
}
final int doexec() {
int s; boolean completed;
if ((s = status) >= 0) {
try {
completed = exec();
} catch (throwable rex) {
return setexceptionalcompletion(rex);
}
if (completed)
s = setcompletion(normal);
}
return s;
}
/**
* implements execution conventions for recursivetask.
*/
protected final boolean exec() {
result = compute();
return true;
}
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上面展示了主要的调用链路，我们发现最后落到了我们在代码里编写的compute方法，也就是执行它，所以，我们需要知道的一点是，fork仅仅是分割任务，只有当我们执行join的时候，我们的额任务才会被执行。
如何使用fork/join并行框架
前文首先展示了一个求数组中最大值得例子，然后介绍了“工作窃取算法”，然后分析了fork/join框架的一些细节，下面才是我们最关心的，怎么使用fork/join框架呢？
为了使用fork/join框架，我们只需要继承类recursivetask或者recursiveaction。前者适用于有返回值的场景，而后者适合于没有返回值的场景。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持服务器之家。
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