java中的forkjoin框架的使用

fork join框架是java 7中引入框架，这个框架的引入主要是为了提升并行计算的能力。

fork join主要有两个步骤，第一就是fork，将一个大任务分成很多个小任务，第二就是join，将第一个任务的结果join起来，生成最后的结果。如果第一步中并没有任何返回值，join将会等到所有的小任务都结束。

还记得之前的文章我们讲到了thread pool的基本结构吗？

• ExecutorService - ForkJoinPool 用来调用任务执行。
• workerThread - ForkJoinWorkerThread 工作线程，用来执行具体的任务。
• task - ForkJoinTask 用来定义要执行的任务。

下面我们从这三个方面来详细讲解fork join框架。

ForkJoinPool

ForkJoinPool是一个ExecutorService的一个实现，它提供了对工作线程和线程池的一些便利管理方法。

public class ForkJoinPool extends AbstractExecutorService

一个work thread一次只能处理一个任务，但是ForkJoinPool并不会为每个任务都创建一个单独的线程，它会使用一个特殊的数据结构double-ended queue来存储任务。这样的结构可以方便的进行工作窃取（work-stealing）。

什么是work-stealing呢？

默认情况下，work thread从分配给自己的那个队列头中取出任务。如果这个队列是空的，那么这个work thread会从其他的任务队列尾部取出任务来执行，或者从全局队列中取出。这样的设计可以充分利用work thread的性能，提升并发能力。

下面看下怎么创建一个ForkJoinPool。

最常见的方法就是使用ForkJoinPool.commonPool()来创建，commonPool()为所有的ForkJoinTask提供了一个公共默认的线程池。

ForkJoinPool forkJoinPool = ForkJoinPool.commonPool();

另外一种方式是使用构造函数：

ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(2);

这里的参数是并行级别，2指的是线程池将会使用2个处理器核心。

ForkJoinWorkerThread

ForkJoinWorkerThread是使用在ForkJoinPool的工作线程。

public class ForkJoinWorkerThread extends Thread
}

和一般的线程不一样的是它定义了两个变量：

 final ForkJoinPool pool;    // the pool this thread works in
 final ForkJoinPool.WorkQueue workQueue; // work-stealing mechanics

一个是该worker thread所属的ForkJoinPool。 另外一个是支持 work-stealing机制的Queue。

再看一下它的run方法：

 public void run() {
  if (workQueue.array == null) { // only run once
   Throwable exception = null;
   try {
    onStart();
    pool.runWorker(workQueue);
   } catch (Throwable ex) {
    exception = ex;
   } finally {
    try {
     onTermination(exception);
    } catch (Throwable ex) {
     if (exception == null)
      exception = ex;
    } finally {
     pool.deregisterWorker(this, exception);
    }
   }
  }
 }

简单点讲就是从Queue中取出任务执行。

ForkJoinTask

ForkJoinTask是ForkJoinPool中运行的任务类型。通常我们会用到它的两个子类：RecursiveAction和RecursiveTask<V>。

他们都定义了一个需要实现的compute（）方法用来实现具体的业务逻辑。不同的是RecursiveAction只是用来执行任务，而RecursiveTask<V>可以有返回值。

既然两个类都带了Recursive，那么具体的实现逻辑也会跟递归有关，我们举个使用RecursiveAction来打印字符串的例子：

public class CustomRecursiveAction extends RecursiveAction {

 private String workload = "";
 private static final int THRESHOLD = 4;

 private static Logger logger =
   Logger.getAnonymousLogger();

 public CustomRecursiveAction(String workload) {
  this.workload = workload;
 }

 @Override
 protected void compute() {
  if (workload.length() > THRESHOLD) {
   ForkJoinTask.invokeAll(createSubtasks());
  } else {
   processing(workload);
  }
 }

 private List<CustomRecursiveAction> createSubtasks() {
  List<CustomRecursiveAction> subtasks = new ArrayList<>();

  String partOne = workload.substring(0, workload.length() / 2);
  String partTwo = workload.substring(workload.length() / 2, workload.length());

  subtasks.add(new CustomRecursiveAction(partOne));
  subtasks.add(new CustomRecursiveAction(partTwo));

  return subtasks;
 }

 private void processing(String work) {
  String result = work.toUpperCase();
  logger.info("This result - (" + result + ") - was processed by "
    + Thread.currentThread().getName());
 }
}

上面的例子使用了二分法来打印字符串。

我们再看一个RecursiveTask<V>的例子：

public class CustomRecursiveTask extends RecursiveTask<Integer> {
 private int[] arr;

 private static final int THRESHOLD = 20;

 public CustomRecursiveTask(int[] arr) {
  this.arr = arr;
 }

 @Override
 protected Integer compute() {
  if (arr.length > THRESHOLD) {
   return ForkJoinTask.invokeAll(createSubtasks())
     .stream()
     .mapToInt(ForkJoinTask::join)
     .sum();
  } else {
   return processing(arr);
  }
 }

 private Collection<CustomRecursiveTask> createSubtasks() {
  List<CustomRecursiveTask> dividedTasks = new ArrayList<>();
  dividedTasks.add(new CustomRecursiveTask(
    Arrays.copyOfRange(arr, 0, arr.length / 2)));
  dividedTasks.add(new CustomRecursiveTask(
    Arrays.copyOfRange(arr, arr.length / 2, arr.length)));
  return dividedTasks;
 }

 private Integer processing(int[] arr) {
  return Arrays.stream(arr)
    .filter(a -> a > 10 && a < 27)
    .map(a -> a * 10)
    .sum();
 }
}

和上面的例子很像，不过这里我们需要有返回值。

在ForkJoinPool中提交Task

有了上面的两个任务，我们就可以在ForkJoinPool中提交了：

int[] intArray= {12,12,13,14,15};
  CustomRecursiveTask customRecursiveTask= new CustomRecursiveTask(intArray);

  int result = forkJoinPool.invoke(customRecursiveTask);
  System.out.println(result);

上面的例子中，我们使用invoke来提交，invoke将会等待任务的执行结果。

如果不使用invoke，我们也可以将其替换成fork（）和join（）：

customRecursiveTask.fork();
  int result2= customRecursiveTask.join();
  System.out.println(result2);

fork() 是将任务提交给pool，但是并不触发执行， join()将会真正的执行并且得到返回结果。

本文的例子可以参考https://github.com/ddean2009/learn-java-concurrency/tree/master/forkjoin

到此这篇关于java中的fork join框架的使用的文章就介绍到这了,更多相关java fork join框架内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！